PL184438B1

PL184438B1 - Sposób sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia

Info

Publication number: PL184438B1
Application number: PL97330785A
Authority: PL
Inventors: Majed A. Toqan; Richard W. Borio; Thomas G. Duby; Richard C. Laflesh; Julie A. Nicholson; David E. Thornock
Original assignee: Alstom Power
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2002-10-31
Also published as: RO117734B1; CA2256494C; EP0906544A1; AU3575897A; ID17180A; JPH11514735A; HUP0004867A3; TR199802643T2; JP3239142B2; AU713124B2; CA2256494A1; IL127097A0; US5960724A; SK173998A3; PL330785A1; IL127097A; WO1997048948A1; CZ417098A3; HUP0004867A2

Abstract

1 . Sposób sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jadrem plomienia zainstalowanym w piecu opalanym paliwem kopalnym, w sklad którego to sposobu wchodzi nastawianie palnika dla ustalenia strefy zewne- tr znej strumienia powietrza przy wtryskiwaniu do niego pierwszej porcji calkowitej i l o s c i powietrza potrzebnego do spalania paliwa kopalnego oraz ustalenia strefy wewnetrznej strumienia powietrza i paliwa kopalnego przy wtryskiwaniu do niego drugiej porcji calkowitej i l o s c i powietrza potrzebne- go do spalania spalanego paliwa kopalnego znamienny tym, ze nastawia sie palnik (22) z uwarstwionym promieniowo jadrem plomienia t a k, ze ustala s i e zewnetrzna strefe (24) strumienia powietrza i wewnetrzna s t refe (26) strumienia powietrza dzieki czemu okresla s ie typ plomienia wytwarzanego przez palnik (22) przy t ak iej samej zadanej objetosci powietrza wtrysnietej do strefy wewnetrznej (26) jako druga porcja calkowitej i l o s c i powietrza, przy czym w czasie okreslania typu plomienia steruje s ie momentem pedu powietrza wtrysnietego do strefy wewnetrznej (26) za pomoca urzadzenia mechanicznego, bez zmiany zadanej objetosci wtryskiwanego powietrza oraz steruje sie katem wtrysku paliwa kopalnego wtryskiwanego do st refy wewnetrznej ( 2 6 ) , przy czym jako pierwszy typ plomienia (10) stosuje sie plomien o bardzo malej dlugosci i o wysokim wolumetrycznym wydzielaniu ciepla wytwarzajacym najwyzsze dopuszczalne i l o s c i NOx; jako drugi typ plomienia (12) stosuje sie plomien o sredniej dlugosci i o umiarkowanym stopniu turbulencji wytwarzajacym mala ilosc NOx mala ilosc CO i o malej nieprzezroczystosci, a jako trzeci typ plomienia (14) stosuje s ie plomien o duzej dlugosci o najmniejszym stopniu turbulencji wytwarzajacym mala ilosc NOx duza ilosc CO i o duzej nieprzezroczystosci a nastepnie ustala s i e glebokosc pieca z zainstalowanym w nim palnikiem (22) na poziomie wy- branej sposród innych glebokosci o mniejszej dlugosci, o sredniej dlugosci i o duzej dlugosci; gdzie dobiera sie dlugosc plomienia w zaleznosci od wy- branej glebokosci pieca przy czym dla malej glebokosci pieca wybiera s i e plomien (10) o bardzo malej dlugosci, dla sredniej glebokosci pieca wybiera s i e plomien (12) o sredniej dlugosci a dla duzej glebokosci pieca wybiera s i e plomien (14) o duzej dlugosci przy czym do strefy wewnetrznej (26) wtry- skuje s ie taka sama ilosc powietrza bez wzgledu na dlugosc plomienia. Fig. 6 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia. Sposób ten znajduje zastosowanie w instalacjach paleniskowych pieców na paliwa kopalne, a zwłaszcza sposobu skutecznego sterowania takimi palnikami.

Paliwa kopalne skutecznie spala się w piecach od dłuższego czasu. W ostatnich latach coraz większy nacisk kładzie się na maksymalnie możliwe zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza. W tym kontekście, a zwłaszcza pod względem regulacji zawartości NO_X, wiadomo, że podczas spalania paliw kopalnych w piecach powstajątlenki azotu. Ponadto wiadomo, że tlenki azotu powstają głównie wskutek działania dwóch oddzielnych mechanizmów, które zidentyfikowano jako termiczny NO_X i paliwowy NO_X>

Termiczny ΝΟχ powstaje w wyniku termicznego wiązania molekularnego azotu i tlenu w powietrzu używanym podczas realizacji spalania paliwa kopalnego. Wydajność powstawania termicznego NOxjest bardzo wrażliwa na lokalnątemperaturę płomienia i nieco mniej na lokalne stężenia tlenu. W zasadzie cały termiczny NOx powstaje w obszarze płomienia o najwyższej temperaturze. Następnie stężenie termicznego NOx ustala się na poziomie przeważającym w obszarze wysokiej temperatury dzięki termicznemu oziębianiu gazów spalinowych. Z tego względu stężenia termicznego NOx w gazach spalinowych są pomiędzy poziomem równowagi charakterystycznym dla temperatury szczytowej płomienia a poziomem równowagi dla temperatury gazów spalinowych.

Z drugiej strony, paliwowy NOx pochodzi z utleniania azotu związanego organicznie w pewnych paliwach kopalnych, takich jak węgiel i olej ciężki. Wydajność powstawania paliwowego NOx zależy głównie od szybkości mieszania paliwa kopalnego ze strumieniem powietrza, a zwłaszcza od lokalnych stężeń tlenu. Jednakże stężenie NOx w gazach spalinowych wynikające z obecności azotu w paliwie stanowi zazwyczaj tylko część, np. 20 do 60 procent wartości, która wynikałaby z zupełnego utlenienia całego azotu zawartego w paliwie kopalnym. Zatem, z tego co powiedziano wcześniej, łatwo zauważyć, że całe powstawanie NOxjest funkcją zarówno lokalnych poziomów tlenu jak i szczytowych temperatur płomienia.

W ciągu lat stosowano w technice różne podejścia związane z koniecznością ograniczenia emisji NOx powstającego w wyniku spalania paliw kopalnych w piecach. Jeden z takich sposobów koncentrował się na opracowaniu tak zwanych instalacji paleniskowych o niskiej emisji NOx nadających się do stosowania w piecach na paliwa kopalne.

Przykładowo,jednąz takich instalacji paleniskowych o niskiej emisji NOx ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,020,454 zatytułowanym „Grupowane koncentrycznie styczne instalacje paleniskowe”, wydanego 4 czerwca 1991 temu samemu wnioskodawcy, który składa niniejsze zgłoszenie. Zgodnie z tym opisem w skład, grupowanej koncentrycznie stycznej instalacji paliwowej wchodzi skrzynia dmuchowa, pierwsza grupa dysz paliwowych zamontowana w tej skrzyni dmuchowej i działająca w ten sposób, że wtryskuje pogrupowane paliwo do pieca tak, żeby powstała w nim pierwsza strefa wzbogacona w paliwo, druga grupa dysz paliwowych zamontowana w skrzyni dmuchowej tak, żeby wytwarzała w nim drugą strefę wzbogaconą w paliwo, dysza powietrza równoważącego zamontowana w skrzyni dmuchowej i działająca w ten sposób, że wdmuchuje powietrze równoważące do pieca tak, że powietrze to jest kierowane z dala od pogrupowanego paliwa wtryśniętego do pieca i ku ściankom pieca, ściśle sprzężona dysza powietrza dopalającego zamontowana w skrzyni dmuchowej i przeznaczona do wdmuchiwania ściśle sprzężonego powietrza dopalającego do pieca, oraz oddzielna dysza powietrza dopalającego zamontowana w skrzyni dmuchowej i przeznaczona do wdmuchiwania oddzielnego powietrza dopalającego do pieca.

184 438

Inny przykład takiej instalacji paleniskowej o niskiej emisjiNO_x ujawniono wopisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,315,939 zatytułowanego “Zintegrowana styczna instalacja paleniskowa o niskiej emisji NOx”, wydanego 31 maja 1994 temu samemu wnioskodawcy, który składa niniejsze zgłoszenie. W opisie tym ujawniono zintegrowaną styczną instalację palenisko wąo ruskiej emisji NOx, w której skład wchodzi zespół doprowadzający rozpylone paliwo stałe, końcówki dysz doprowadzających rozpylone paliwo stałe do płomienia, ściśle sprzężone powietrze dopalające oraz wielostopniowe oddzielne powietrze dopalające, które w przypadku użycia z piecem do spalania rozpylonych paliw stałych jest w stanie ograniczać emisję z niego NOx do poziomu poniżej 0,068 kó/111,8379 kJ (0,15 funta/106 BTU), z równoczesnym utrzymaniem zawartości węgla w popiele lotnym na poziomie poniżej 5% i emisji CO do poziomu poniżej 50 ppm.

Jeszcze inny przykład takiej instalacji paleniskowej o niskiej emisji NOx ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,343,820 zatytułowanym „Nowoczesna instalacja powietrza dopalającego do sterowania zawartościąNOx” wydanego 6 września 1994 temu samemu wnioskodawcy, który składa niniejsze zgłoszenie. W opisie tym ujawniono nowoczesną instalację powietrza dopalającego do sterowania emisją NOx, w której skład wchodzi wielopiętrowy układ komór powietrza dopalającego, do których doprowadza się powietrze dopalające tak, że powstaje pomiędzy nimi z góry żądany, najbardziej korzystny rozkład powietrza dopalającego taki, że powietrze dopalające wypływające z oddzielnych komór tworzy poziomy “pióropuszowy” lub “wachlarzowy” rozkład strumieni z poszczególnych oddzielnych komór powietrza dopalającego o prędkościach znacznie wyższych niż prędkości stosowane dotychczas.

Kolejny sposób podejścia, którego celem jest konieczność ograniczenia emisji NOx powstającego w wyniku spalania paliw kopalnych w piecach, polegał na opracowaniu tak zwanych palników o niskim wytwarzaniu NOx które nadają się do montowania w instalacjach paleniskowych z piecami do spalania paliw kopalnych.

Przykładowo, jeden z takich palników o niskim wytwarzaniu NOx ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,422,931 zatytułowanym „Sposób spalania rozpylonego węgla za pomocą palników do rozpylonego węgla”, wydanego 27 grudnia 1983 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha z Kobe, Japonia. W opisie tym ujawniono palnik o niskim wytwarzaniu NOx, w którym rozpylony węgiel doprowadza się razem z powietrzem pierwszorzędowym przez wylot powietrza do spalania palnika o niskim wytwarzaniu NOx i wdmuchuje się poprzez zawirowywacz do pieca w postaci wolno płynącego wiru. Powietrze drugorzędowe wdmuchuje się do pieca za pomocą gazów spalinowych przez wewnętrzny pierścieniowy wylot otaczający wylot powietrza do spalania przy czym powietrze drugorzędowe płynie albo powoli w postaci wiru, albo też nie płynie w postaci wiru w zależności od sytuacji. Powietrze trzeciorzędowe wdmuchuje się do pieca za pomocą gazów spalinowych przez zewnętrzny pierścieniowy wylot otaczający wewnętrzny pierścieniowy wylot przy czym płynie ono w postaci wiru. Rozpylony węgiel doprowadzany do pieca razem z powietrzem pierwszorzędowym spala się tworząc płomień. Pierwszorzędowy płomień tworzy się w wyniku powolnego spalania rozpylonego węgla w niskiej temperaturze i przy niskiej zwartości O₂ i ma on małąjaskrawość, ponieważ powietrze pierwszorzędowe stanowi około 20-30% ilości powietrza potrzebnego do spalenia całego rozpylonego węgla doprowadzonego z nim do pieca, a mieszanie z powietrzem drugorzędowym i trzeciorzędowym jest zakazane.

Spalanie lotnego składnika rozpylonego węgla jest odpowiedzialne głównie za powstawanie płomienia pierwszorzędowego, tak, że rozpylony węgiel spala się powoli w niskiej temperaturze płomieniem o małej jaskrawości. W spalaniu tego typu powstają znaczne ilości NOx i duże ilości składników nie spalonych, takichjak węglowodory, które są aktywnymi produktami pośrednimi odpowiedzialnymi za reakcję denitracji, NH₃, HCN i CO, istniejących przez dłuższy okres czasu w stanie nie spalonym. Zatem te nie spalone składniki reagujązNOĄ do N₂. Powstający w dużych ilościach węgiel odbarwiający jako składnik nie spalony płomienia pierwszorzędowego jest spalany w płomieniu drugorzędowym. Szczątkowy składnik lotnyjest spalany głównie za pomocą powietrza drugorzędowego wdmuchiwanego przez pierścieniowe wyloty wewnętrzne,

184 438 tworząc płomień drugorzędowy. Większość węgla odbarwiającego spala się w powietrzu drugorzędowym i powietrzu trzeciorzędowym, tworząc płomień trzeciorzędowy. Płomień drugorzędowy i płomień trzeciorzędowy powstają wskutek spalania ze stosunkowo małą prędkością i w stosunkowo niskiej temperaturze i przy niskiej zawartości 0₂, ponieważ powietrze drugorzędowe i trzeciorzędowe wynosi około 55-80% ilości powietrza potrzebnego do spalenia całego rozpylonego węgla i powietrze to zawiera gazy spalinowe w ilości 35-60%.

Inny przykład takiego palnika o niskim wytwarzaniu NO_X ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,545,307 zatytułowanym „Urządzenie do spalania węgla” wydanego 8 października 1985 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha z Tokio, Japonia. W opisie tym ujawniono palnik o niskim wytwarzaniuNO_x w którym znajduje się rura do rozpylonego węgla umieszczona w gardzieli palnika na bocznej ścianie pieca do spalania oraz, w celu doprowadzania węgla i powietrza do pieca, urządzenie do doprowadzania węgla i powietrza do rury do węgla, przewód powietrza drugorzędowęgo usytuowany pomiędzy rurą do węgla a rurą doprowadzającą powietrze drugorzędowe na zewnętrznym obwodzie rury do węgla, przewód powietrza drugorzędowęgo uformowany na zewnętrznej stronie rury doprowadzającej powietrze drugorzędowe, urządzenie do doprowadzania powietrza lub gazu zawierającego tlen do kanału powietrza drugorzędowęgo oraz do kanału powietrza trzeciorzędowego, oraz element o kształcie urwistym mający przekrój poprzeczny w kształcie litery L, usytuowany na końcówce rury do węgla.

Jeszcze inny przykład takiego palnika o niskim wytwarzaniu NOx ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,539,918 zatytułowanym „Wielopierścieniowy zespół wirowej komory spalania zapewniający separację cząstek stałych”, wydanego 10 września 1985 Westinghouse Electric Corp. W opisie tym ujawniono palnik o niskim wytwarzaniu NOx w którego skład wchodzi wiele elementów cylindrycznych o różnych długościach osiowych i uformowanych w taki sposób, że powstaje kosz palnikowy o wystarczającej wielkości i długości osiowej, żeby znalazły się w nim, rozmieszczone w pewnym osiowym odstępie od siebie, bogata i uboga strefa spalania, urządzenie do podtrzymywania cylindrycznych elementów w przybliżeniu w układzie współosiowym i teleskopowo względem siebie w celu zapewnienia w przybliżeniu pierścieniowej drogi dla wlotowego gazowego substratu pod ciśnieniem lub powietrza pod ciśnieniem wpływającego do palnika o niskim wytwarzaniu NOx z zadanąprędkością osiową pomiędzy każdym elementem cylindrycznym a następnym promieniowo zewnętrznym elementem cylindrycznym, urządzenie do nadawania prędkości stycznej gazowemu substratowi wpływającemu do palnika o niskim wytwarzaniu NOx, przez każdą z pierścieniowych ścieżek przepływowych z prędkością styczną co najmniej strumieni wpływających do strefy spalania bogatego rosnącą wraz ze wzrostem promienia przepływu, urządzenia dyszowe do doprowadzania paliwa do palnika o niskim wytwarzaniu NOx w co najmniej jednym z góry zadanym położeniu. Elementy cylindryczne mająodpowiednie długości osiowe i sątak rozmieszczone, żeby umieszczone osiowo końce wylotowe elementów cylindrycznych miały w przybliżeniu coraz większy promień i były odpowiednio usytuowane kolejno w kierunku wylotowym, przy czym urządzenia nadające prędkość styczną oraz promieniowa i osiowa geometria co najmniej dwóch elementów cylindrycznych są koordynowane przy wlotowym ciśnieniu roboczym gazów i osiowej prędkości gazu w taki sposób, żeby a) powstała strefa spalania bogatego we wlotowej części palnika o niskim wytwarzaniu NO_X, w której występuje wysokotemperaturowe spalanie w warunkach niedoboru tlenu ze stabilizującym płomień przepływem recyrkulacyjnym i w zasadzie bez powstawania netto NOx i b) wytworzył się toroidalny wir w strefie spalania bogatego z okresowym doprowadzaniem recyrkulującego powietrza do spalania w zasadzie za pomocą zawirowanego pierścieniowego strumienia powietrza wlotowego po ochłodzeniu przez niego wewnętrznych powierzchni ścian elementów cylindrycznych wokół strefy spalania bogatego oraz c) zapewniał wystarczający czas pobytu cząstek paliwa w strefie spalania bogatego dla umożliwienia spalenia tych cząstek przed ich odśrodkowym rozdzielaniem na powierzchni ściany palnika o niskim wytwarzaniu NOx, przy czym urządzenia do nadawania prędkości stycznej oraz promieniowa i osiowa geometria co najmniej dwóch elementów cylindrycznych usytuowanych na zewnątrz od elementów cylindrycznych wokół strefy spalania bogatego jest koordynowana

184 438 przy roboczym ciśnieniu wlotowym gazu i warunkach osiowej prędkości gazu w taki sposób, że powstaje strefa spalania ubogiego i wytwarza się w tej strefie spalania ubogiego toroidalny wir, zaś elementy cylindryczne są rozmieszczone w taki sposób, żeby zapewniały sekcję gardzielową, do której zbiega się strefa spalania bogatego, i z której rozchodzi się strefa spalania ubogiego, oraz urządzenie do zbierania i usuwania ze spalania cząstek stałych oddzielonych od strumienia podczas jego przepływu przez sekcję gardzielową.

Jeszcze inny przykład takiego palnika o niskim wytwarzaniu ΝΟχ ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,845,940 zatytułowanym „Zespól komory spalania bogatego i ubogiego z palnikiem o niskim wytwarzaniu ΝΟχ, zwłaszcza do turbin gazowych”, wydanego 11 lipca 1989 Westinghouse Electric Corp. W opisie tym ujawniono palnik o niskim wytwarzaniu ΝΟχ, w którego skład wchodzą urządzenie z cylindrycznymi ściankami mające co najmniej trzy kolejne cylindryczne części ścienne umieszczone w kolejnych położeniach w kierunku wylotowym oraz mające odpowiednio rosnące wymiary w kierunku promieniowym w celu zapewnienia rozbiegającej się w przybliżeniu na zewnątrz konstrukcji komory spalania wzdłuż kierunku osiowego, która wyznacza rozbiegaj ącą się na zewnątrz strefę spalania do spalania z niską zawartościąNOχ, urządzenie do podtrzymywania cylindrycznych części ściennych względem siebie dla zapewnienia sztywnej struktury palnikowi o niskim wytwarzaniu ΝΟχ, urządzenia dyszowe do doprowadzania paliwa do palnika o niskim wytwarzaniu ΝΟχ co najmniej w jednym z góry zadanym miejscu. Każda kolejna para sąsiednich cylindrycznych części ściennych ma taką konstrukcję, że wyznacza w przybliżeniu pierścieniową wlotową drogę przepływu biegnącąw kierunku promieniowym pomiędzy zewnętrznąpowierzchniąpromieniowo wewnętrznej wlotowej części ściennej danej pary a wewnętrzną powierzchnią promieniowo zewnętrznej wylotowej części ściennej danej pary oraz ponadto rozciąga się ku wylotowi w kierunku osiowym wzdłuż wewnętrznej powierzchni promieniowo zewnętrznej wylotowej części ściennej danej pary tak, że kolejne pierścieniowe drogi przepływu zachodzą na siebie osiowo, umożliwiając pierścieniowym strumieniom przepływu co najmniej częściowe łączenie się ze sobą. W wyniku tego powstaje wirujący strumień skierowany promieniowo do wewnątrz, do strefy spalania. Części ścienne mają takie wymiary i są tak ustawione względem siebie, że cały pierścieniowy strumień powietrza zawiera w przybliżeniu cały wlotowy strumień powietrza płynący pod ciśnieniem, potrzebny do pełnego spalania paliwa w strefie spalania różny od dowolnego strumienia powietrza rozpylanego z dysz lub też od specjalnie dostarczonego strumienia powietrza. Powietrze do spalania płynie do wewnątrz z wydajnościąpotrzebnądo podtrzymywania bogatego spalania wzdłuż osiowego obszaru strefy spalania, umożliwiając w ten sposób uboższe spalanie w obszarach umieszczonych promieniowo na zewnątrz i osiowo w kierunku wylotowym wewnątrz strefy spalania. Pierwsze urządzenie zawirowujące do nadawania stycznej prędkości wlotowemu strumieniowi powietrza płynącemu pierwszą i skrajnie wewnętrzną pierścieniową drogą przepływu, oraz drugie urządzenie zawirowujące do nadawania stycznej prędkości strumieniowi powietrza wlotowego płynącemu drugąpierścieniową drogą przepływu znajdującąsię promieniowo na zewnątrz i osiowo w kierunku wylotowym od pierwszej pierścieniowej drogi przepływu są ze sobą powiązane w taki sposób, żeby powstawał ujemny gradient promieniowy prędkości stycznych strumieni powietrza wpływających pierwszząi drugąpierścieniową drogą, gdzie prędkości styczne zmniejszające się ze wzrostem promienia i istniejące wewnątrz rozbiegającej się obwiedni strefy spalania przy roboczym ciśnieniu powietrza wlotowego i osiowej prędkości gazu wytwarzają spadek prędkości osiowej na osi komory spalania. Całe powietrze do spalania jest doprowadzane okresowo przez wirujące pierścieniowe strumienie wlotowe po ochłodzeniu wewnętrznych powierzchni części ściennych wyznaczających strefę spalania.

Jeszcze inny przykład takiego palnika o niskim wytwarzaniu ΝΟχ ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,411,394 zatytułowanym „Instalacja do spalania o zmniejszonym wytwarzaniu tlenków azotu”, wydanego 2 maja 1995 Massachusetts Institute ofTechnology. W opisie tym ujawniono palnik o niskim wytwarzaniu ΝΟχ do spalania paliw gazowych, ciekłych i stałych, który cechuje się tym, że do tłumienia turbulencji w pobliżu palnika,

184 438 a tym samym do zwiększania czasu przebywania wzbogaconej ' w paliwo mieszanki pirolizującej przed jej zmieszaniem z resztą powietrza do spalania w celu dokonania spalania całkowitego, zastosowano wynikającą z dynamiki płynów zasadę promieniowego uwarstwiania poprzez spalanie zawirowanego strumienia oraz silny promieniowy gradient gęstości gazu w kierunku poprzecznym do osi obrotu strumienia.

Bez względu na fakt, że w ciągu lat były różne podejścia w technice w stosunku do konieczności ograniczenia emisji NO_X wytwarzanego w wyniku spalania paliw kopalnych w piecach, ciągle poszukuje się w technice sposobu ulepszenia tego co zostało dokonane dotychczas w trakcie tych różnych podejść. W szczególności, dowiedziono skuteczności działania, w dziedzinach, do jakich je zaprojektowano, instalacji paleniskowych o niskim wytwarzaniu NO_X skonstruowanych zgodnie ze wskazówkami podanymi w trzech wydanych patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki dotyczących tych zagadnień. Podobnie dowiedziono skuteczności działania, w dziedzinach, dojakichje zaprojektowano, palników o niskim wytwarzaniu NOx skonstruowanych zgodnie ze wskazówkami podanymi w trzech wydanych patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki dotyczących tych zagadnień, o których wspomniano wcześniej.

W szczególności, pomimo, że palniki o niskim wytwarzaniu NOx takiego typu, jakiego dotyczy opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,411,394, tj. tak zwane palniki z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, dowiodły swojej przydatności do pracy, do której je zaprojektowano, to istnieje nadal zapotrzebowanie na ich dalsze usprawnianie. Mówiąc dokładniej, sprawdzono dotychczas możliwość sterowania działaniem palnika z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia. W tym celu, nie wszystkie piece, w których odbywa się spalanie paliw kopalnych, majątę samągłębokość. Zatem, pomimo tego, że rozwarstwianie promieniowe można realizować tak długo, dopóki piec, w którym stosuje się palnik z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, ma zadaną głębokość, to, jeśli piec, w którym trzeba zastosować taki palnik z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia ma głębokość inną niż wspomnianąpowyżej głębokość żądana, to trzeba mieć możliwość sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia w taki sposób, żeby zamierzone poszukiwane zmniejszenie emisji NOx można było nadal osiągnąć za pomocą palnika z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia.

Reasumując, stwierdzono, że w obecnej technice zachodzi potrzeba znalezienia nowego i ulepszonego sposobu realizacji sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia w taki sposób, żeby bez względu na głębokość, jakąmoże mieć piec, można było zrealizować palnik z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, który nadal byłby skuteczny pod względem zapewniania zmniejszenia emisji NOx.

Sposób sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia zainstalowanym w piecu opalanym paliwem kopalnym, w skład którego to sposobu wchodzi nastawienie palnika dla ustalenia strefy zewnętrznej strumienia powietrza przy wtryskiwaniu do niego pierwszej porcji całkowitej ilości powietrza potrzebnego do spalania paliwa kopalnego oraz ustalenia strefy wewnętrznej strumienia powietrza i paliwa kopalnego przy wtryskiwaniu do niego drugiej porcji całkowitej ilości powietrza potrzebnego do spalania spalanego paliwa kopalnego według wynalazku charakteryzuje się tym, że nastawia się palnik z uwarstwionym promieniowo j ądrem płomienia tak, że ustala się zewnętrzną strefę strumienia powietrza i wewnętrzną strefę strumienia powietrza, dzięki czemu określa się typ płomienia, wytwarzanego przez palnik przy takiej samej zadanej objętości powietrza wtryśniętej do strefy wewnętrznej jako druga porcja całkowitej ilości powietrza, przy czym w czasie określania typu płomienia steruje się momentem pędu powietrza wtryśniętego do strefy wewnętrznej za pomocą urządzenia mechanicznego, bez zmiany zadanej objętości wtryskiwanego powietrza oraz steruje się kątem wtrysku paliwa kopalnego wtryskiwanego do strefy wewnętrznej, przy czymjako pierwszy typ płomienia stosuje się płomień o bardzo małej długości i o wysokim wolumetrycznym wydzielaniu ciepła wytwarzającym najwyższe dopuszczalne ilości NOx; jako drugi typ płomienia stosuje się płomień o średniej długości i o umiarkowanym stopniu turbulencji wytwarzającym małą ilość NOx, małą ilość CO i o małej nieprzezroczystości, a jako trzeci typ płomienia stosuje się płomień o dużej długo8

184 438 ści o najmniejszym stopniu turbulencji wytwarzającym małą ilość NO_X, dużą, ilość CO i o dużej nieprzezroczystości a następnie ustala się głębokość pieca z zainstalowanym w nim palnikiem na poziomie wybranej spośród innych głębokości o mniejszej długości, o średniej długości i o dużej długości; gdzie dobiera się długość płomienia w zależności od wybranej głębokości pieca przy czym dla małej głębokości pieca wybiera się płomień o bardzo małej długości, dla średniej głębokości pieca wybiera się płomień o średniej długości a dla dużej głębokości pieca wybiera się płomień o dużej długości przy czym do strefy wewnętrznej wtryskuje się taką samą ilość powietrza bez względu na długość płomienia.

Do strefy zewnętrznej wprowadza się pierwszą porcję powietrza stanowiącą 60% do 80% całkowitej ilości powietrza potrzebnego do spalania paliwa kopalnego.

Przed wtryśnięciem do strefy zewnętrznej pierwszej porcji powietrza nadaje się strumieniowi powietrza moment pędu.

Strefę zewnętrzną umieszcza się współosiowo w pewnej odległości od osi palnika z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia.

Do strefy wewnętrznej wtryskuje się drugą porcję powietrza co stanowi pozostałą część całkowitej ilości powietrza potrzebnego do spalania paliwa kopalnego.

Strefę wewnętrzną dla strumienia powietrza i paliwa kopalnego umieszcza się wzdłuż osi palnika z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia.

Przed wtryśnięcięm do strefy wewnętrznej drugiej porcji powietrza nadaje się strumieniowi powietrza moment pędu.

Do strefy wewnętrznej wtryskuje się całą ilość paliwa kopalnego.

Paliwo kopalne wtryskuje się osiowo do strefy wewnętrznej wzdłuż osi palnika z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia.

W przypadku stosowania takiego nowego i ulepszonego sposobu skutecznego sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia nie tylko jest możliwe zmniejszenie emisji NO_X bez względu na głębokość konstrukcji pieca, ale także sterowanie palnikiem w sposób ciągły bez stosowania powietrza dopalającego lub recyrkulacji gazów spalinowych, zmniejszać emisje NO_X do poziomu zapewniającego spełnienie limitów emisji NO_X określonych przez władze danego kraju. Drugątaką zaletąjest to, że palnik z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, sterowany za pomocą takiego nowego i ulepszonego sposobu według wynalazku jest w stanie podczas spalania oleju napędowego nr 6 dojść do wartości NOx poniżej 0,113 kG/1055074.91 kJ (0,25 funtów/MM BTU) . Ponadto palnik z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, sterowany za pomocątakiego nowego i ulepszonego sposobu według wynalazku umożliwia regulację swojego momentu pędu oraz odchylanie strumienia powietrza. Dodatkową zaletąjest to, że palnik z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, sterowany nowym i ulepszonym sposobem według wynalazku cechuje się tym, że jego mechanizmy robocze są tak usytuowane, że sąchronione przed ciepłem wypromieniowywanym przez piec. Palnik z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, sterowany takim sposobem według wynalazku może być palnikiem wielopaliwowym, tj. można w nim spalać olej, gaz ziemny i węgiel. Ponadto w taki palnik można wbudowywać w zasadzie dowolne nowe lub istniejące instalacje paleniskowe i dostosować do w zasadzie dowolnej instalacji kotłowej. Wydajność cieplna takiego palnika wynosi od 1 MM BTU na godzinę. Ponadto można stosować wysoko gatunkowe materiały w celu rozwiązania problemów cieplnych i/lub korozyjnych.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie pierwszy typ płomienia, jaki można wytwarzać sposobem sterowania palnikami z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, według wynalazku, fig. 2 - drugi typ płomienia, jaki można wytwarzać sposobem skutecznego sterowania palnikami z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, według wynalazku, fig. 3 - trzeci typ płomienia, jaki można wytwarzać sposobem skutecznego sterowania palnikami z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, według wynalazku, fig. 4 - wykres składu stechiometrycznego gazu w funkcji czasu przebywania, odpowiednio, dla każdego typu płomienia pokazanego na fig. 12 i 3; fig. 5 - pierwszy przykład wykonania palnika z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, którym

184 438 można sterować sposobem według wynalazku, w rzucie perspektywicznym; fig. 6 - palnik z fig. 5, w rzucie z boku, częściowo w przekroju poprzecznym; oraz fig. 7 - drugi przykład wykonania palnika z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, którym można sterować sposobem według wynalazku, w rzucie perspektywicznym.

figurach, a zwłaszcza na fig. 1,2 i 3, pokazano schematycznie różne typy płomieni, które można wytwarzać sposobem według wynalazku. A mianowicie, na fig. 1 widać przedstawiony schematycznie pierwszy typ płomienia, oznaczonego ogólnie numerem identyfikacyjnym 10.

Νβ figurze 2 przedstawiono schematycznie drugi typ płomienia, oznaczonego ogólnie numerem identyfikacyjnym 12.

Να figurze 3 przedstawiono schematycznie trzeci typ płomienia, oznaczonego ogólnie numerem identyfikacyjnym 14. Dla ułatwienia zrozumienia typów płomieni pokazanych schematycznie na każdej z fig. 1, 2 i 3, powietrze, które, jak opisano bardziej szczegółowo dalej, jest wdmuchiwane do strefy zewnętrznej, o której będzie mowa dalej, oznaczono ogólnie na fig. 12 i 3 tym samym numerem identyfikacyjnym, tj. numerem 16. Podobnie, pozostałą część powietrza, którą jak opisano dokładniej dalej, wdmuchuje się do strefy wewnętrznej, o której będziejeszcze mowa dalej, jest oznaczona ogólnie na wszystkich fig. 1, 2 i 3 tym samym numerem identyfikacyjnym, tj. numerem identyfikacyjnym 18. Να końcu, paliwo kopalne, które, jak opisano bardziej szczegółowo dalej, wdmuchuje się do strefy wewnętrznej, o której jeszcze będzie mowa dalej, oznaczono ogólnie na wszystkich fig. 12 i 3 tym samym numerem identyfikacyjnym, tj. numerem 20.

Ponadto, poniżej odwołuje się następnie do fig. 4, która jest graficznym wykresem składu stechiometrycznego gazu w funkcji czasu przebywania dla każdego typu płomienia, jaki przedstawiono schematycznie na fig. 12 i 3. Typ płomieniajest powiązany zjego długością i określany płomieniem krótkim lub płomieniem długim lub płomieniem średnim, na podstawie czasu przebywania potrzebnego do wyrównania składu stechiometrycznego gazu. A mianowicie, im szybciej nastąpi wyrównanie składu stechiometrycznego gazu, tym jest mniejsza długość płomienia. A zatem, uwzględniając powyższe, i analizując fig. 4, gdzie przedstawiono każdy typ płomienia pokazanego schematycznie na każdej z fig. 12 i 3, typ płomienia 14 można tu uważać za reprezentatywny typ płomienia, który ma małą długość w porównaniu z długością płomieni typów 10 i 12. Podobnie, płomień typu 10 można uważać za reprezentatywny typ płomieni o długości większej w porównaniu z długościami płomieni typu 12 i 14, natomiast typ płomienia 12 można uważać za reprezentatywny typ płomieni o średniej długości w porównaniu z długością płomieni 10 i 14.

Ο ile chodzi o palniki wytwarzające małe ilości ΝΟχ, stwierdzono, że wewnętrzne rozprowadzanie powietrza wymaga utworzenia bogatej w paliwo, wysokotemperaturowej strefy pirolizy w pobliżu wylotu palnika ΝΟχ, za którą znajduje się obszar płomienia ubogiego, w którym produkty palne podczas pirolizy spalają się wskutek mieszania się z resztkowym powietrzem do spalania. Ο ile chodzi zwłaszcza o palniki z uwarstwionym promieniowo j ądrem płomienia, to uwarstwienie promieniowe przedłuża czas przebywania wewnątrz bogatej w paliwo, wysokotemperaturowej strefy pirolizy, a tym samym działa zwiększające na przetwarzanie całego związanego Ν₂. Ponadto stwierdzono, że wczesny zapłon i szybki wzrost temperatury wewnątrz bogatej w paliwo, wysokotemperaturowej strefy pirolizy są bardzo ważne dla uzyskania małych emisji ΝΟχ.

W odniesieniu do typów płomieni 10,12 i 14 pokazanych schematycznie na fig. 12 i 3, typ płomienia o bardzo małej długości, taki jak typ płomienia 14 ma następujące charakterystyki. Typ płomienia 14 jest typem bardzo krótkiego, silnie wymieszanego płomienia o wysokiej wolumetrycznej wydajności cieplnej. Ponadto, taki typ płomienia 14 ma bardzo wysoki stopień przepływu turbulentnego z intensywnościązjakąpowietrzejest wdmuchiwane do strefy wewnętrznej, o której będzie mowa dalej, oraz pojedynczą silną wewnętrzną strefę recyrkulacji wewnątrz wspomnianej powyżej strefy wewnętrznej bez wnikania do tej pojedynczej silnej wewnętrznej strefy recyrkulacji ani powietrza wdmuchiwanego do wspomnianej strefy wewnętrznej ani też wdmuchiwanego do wspomnianej strefy wewnętrznej paliwa kopalnego. W płomie10

184 438 niu 14 można spalić dziewięćdziesiąt dziewięć procent paliwa kopalnego wdmuchniętęgo do wspomnianej strefy wewnętrznej. Spośród trzech typów płomieni, tj. 10,12 i 14, najwyższy poziom emisji NOx występuje w płomieniu 14, ponieważ bogata w paliwo, wysokotemperaturowa strefa pirolizy jest bardzo mała, tj. ma najkrótszy czas przebywania, a tym samym, z tego względu, występująw niej bardzo małe granice rozkładu paliwa N. Jednakże nadal istnieeąmożliwości zmniejszenia emisji NOx w płomieniu 14 do poziomu umożliwiającego spełnienie limitów norm stanowych i federalnych.

Z drugiej strony, typ płomienia 10, o dużej długości, cechuje się następującymi właściwościami. Mianowicie, typ płomienia 10 ma mniejsząintensywność przepływu turbulentnego w stopniu zależnym od intensywności wdmuchiwania powietrza do wspomnianej powyżej strefy wewnętrznej niż ma to miejsce w przypadku typu płomienia 14. Ponadto typ płomienia 10, o większej długości płomienia cechuję się dodatkowo tym, że istnieeąw nim dwie wewnętrzne strefy recyrkulacji. Jedna z tych dwóch wewnętrznych st^^rf recyrkulacji, tj. pierwsza strefa recyrkulacji, znajduje się na osi płomienia wytwarzanego za pomocą palnika z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia i powstaje dzięki powietrzu 18 wdmuchiwanemu do strefy wewnętrznej. Ponadto przez tę pierwszą strefę recyrkulacji przenika w pełni paliwo kopalne 20 wdmuchiwane do wspomnianej powyżej strefy wewnętrznej. Druga spośród wewnętrznych stref recyrkulacji, tj. druga strefa recyrkulacji, znajduje się za pierwszą wewnętrzną strefą recyrkulacji i jest odsunięta w kierunku promieniowym od osi płomienia wytwarzanego za pomocą palnika z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia. Druga wewnętrzna strefa recyrkulacji powstaje dzięki powietrzu 16 wdmuchiwanemu do zewnętrznej strefy, o której będzie mowa dalej. Ze względu na całkowite przenikanie przez pierwszą wewnętrzną strefę recykrulacji paliwa kopalnego wdmuchiwanego do wspomnianej powyżej strefy wewnętrznej, typ płomienia 10 wytwarza mało NO, ale dużo CO i powstaje płomień o dużej nieprzezroczystości.

Typ płomienia 12, o średniej długości, cechuje się tym, że intensywność turbulentnegó przepływu zależy od intensywności wdmuchiwania powietrza 18 do wspomnianej powyżej strefy wewnętrznej podobnie jak w przypadku typu płomienia 10 i ma mniejszy stopień przepływu turbulentnego niż typ płomienia 14. Ponadto, typ płomienia 12, cechuje się tym, że podobnie jak typ płomienia 10 znajdują się w nim również dwie wewnętrzne strefy recyrkulacji, tj. pierwsza wewnętrzna strefa recyrkulacji i druga wewnętrzna strefa recyrkulacji. Pierwsza wewnętrzna strefa recyrkulacji i druga wewnętrzna strefa recyrkulacji są umieszczone względem siebie oraz względem osi płomienia wytwarzanego przez palnik z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia w podobnych położeniach jak pierwsza wewnętrzna strefa recyrkulacji i druga wewnętrzna strefa recyrkulacji w typie płomienia 10 i są wytwarzane w taki sam sposób jak pierwsza wewnętrzna strefa recyrkulacji i druga wewnętrzna strefa recyrkulacji w typie płomienia 10. Jednakże, odmiennie niż w przypadku typu płomienia 10, o którym mówiono już wcześniej, powietrze 18, które jest wdmuchiwane do wspomnianej powyżej strefy wewnętrznej, jak również paliwo kopalne 20 wdmuchiwane do wspomnianej powyżej strefy wewnętrznej tylko częściowo wnikają w drugą wewnętrzną strefę recyrkulacji zanim powietrze i paliwo kopalne zostaną odchylone tak, żeby płynęły wzdłuż zewnętrznej granicy drugiej wewnętrznej strefy recyrkulacji. Podczas gdy typ płomienia 14, jak opisano wcześniej, cechuje się tym, że emisjaNOx jest zmniejszona do najniższego poziomu o ile chodzi o typy płomienia 10,12 i 14, a ponadto podczas gdy typ płomienia 10, jak opisano wcześniej, cechuje się tym, że powstaje w nim mało NO, ale dużo CO i płomień o wysokiej nieprzezroczystości, to w typie płomienia 12 występują warunki optymalne, tj. niska emisja NOx, niska emisja CO i mała nieprzezroczystość.

Na figurach 5,6 i 7 pokazano palnik 22 z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia. Pozostałe elementy składowe palnika z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, o których tu nie wspomniano, można znaleźć w innych znanych rozwiązaniach.

Jak można najlepiej zrozumieć z fig. 6, w zewnętrznej strefie, o której tu szeroko wspominano wcześniej, znajduje się obszar, który ma średnicę 24. Z drugiej strony, w strefie wewnętrznej, o której szeroko wspominano wcześniej, znajduje się obszar, który ma średnicę 26.

184 438

Poniżej opisano drogę przepływu wewnątrz palnika 22, którą płynie powietrze przed jego wdmuchnięciem w strefę zewnętrzną 24, oraz drogi przepływu wewnątrz palnika 22, którymi jest wdmuchiwane powietrze i paliwo kopalne przed jego wdmuchnięciem do strefy wewnętrznej 26. Jak najlepiej widać na fig. 5, palnik 22jest skonstruowany w taki sposób, że można go osadzać w żądanym miejscu w ścianie pieca opalanego paliwem kopalnym (nie pokazanego). W tym celu, w piecu (nie pokazanym) opalanym paliwem kopalnym jest ściana z odpowiednim otworem. W przykładzie wykonania palnika 22 pokazanym na fig. 5, takie osadzenie palnika 22 we wspomnianym otworze w ścianie pieca można zrealizować za pomocą urządzeń montażowych 28 pokazanych na fig. 5. W przypadku takiego montażu w ścianie pieca opalanego paliwem stałym, część palnika 22 jest umieszczona w otworze w ścianie pieca.

Powietrze, wpływające przez palnik 22 zanim zostanie wdmuchnięte do strefy zewnętrznej 24, wpływa do palnika 22 przez wiele otworów wlotowych 30. Dla zachowania klarowności rysunku, na fig. 5 pokazano tylko dwa z tych wielu otworów wlotowych 30. Jak pokazano na fig. 6 powietrze wpływa przez otwory wlotowe 30 i dalej płynie przez zespół 32 w celu nadawania mu zadanego momentu pędu przed wdmuchnięciem powietrza do strefy zewnętrznej 24. Jak pokazano na fig. 6, zespół 32 jest odpowiednio usytuowany w zadanej odległości 34 wewnątrz palnika 22. Dla ułatwienia zrozumienia, tę z góry zadanąodległość 34 oznaczono na fig. 6 strzałkami. Dzięki takiemu ulokowaniu wewnątrz palnika 22 zespół 32 nie jest narażony na działanie ciepła wypromieniowywanego z pieca opalanego paliwem kopalnym.

Dalszy opis dotyczy dróg przepływu przez palnik 22 i paliwa kopalnego wdmuchiwanych do strefy wewnętrznej 26. W tym celu ponownie trzeba spojrzeć na fig. 5 i 6. Paliwo kopalne jest wprowadzane do palnika 22 przez otwór wlotowy 36 paliwa. Po wpłynięciu do palnika 22 otworem wlotowym 36 paliwa, paliwo kopalne płynie w przybliżeniu wzdłuż osi palnika 22 zanim zostanie wdmuchnięte do strefy wewnętrznej 26. Z drugiej strony, powietrze wdmuchiwane do strefy wewnętrznej 26 płynie otaczając drogę przepływu strumienia paliwa, wzdłuż której płynie paliwo kopalne przepływające przez palnik 22. W tym celu, po wpłynięciu do palnika 22 odpowiednimi otworami wlotowymi 30, które są umieszczone w palniku 22, powietrze płynie przez zespół 3 8, pokazany na fig. 6, którego zadaniemjest nadanie momentu pędu strumieniowi powietrza przedjego wdmuchnięciem do strefy wewnętrznej 26. Jakjuż ustalono poprzednio, do strefy zewnętrznej 24 jest wdmuchiwane około 60% do 80% całego powietrza potrzebnego do spalenia paliwa kopalnego, natomiast pozostała część całego powietrza potrzebnego do spalenia paliwa kopalnego, która jest wdmuchiwana do strefy wewnętrznej 26, jest wdmuchiwana z paliwem kopalnym do strefy wewnętrznej 26. Ponadto, jakjuż ustalono poprzednio, sterując według wynalazku momentem pędu powietrza wdmuchiwanego do strefy wewnętrznej 26 oraz sterując kątem wdmuchiwania, pod jakim jest wdmuchiwane paliwo kopalne do strefy wewnętrznej 26, możliwa jest 20 realizacja sterowania, tj. wytwarzanie płomienia w palniku 22 w wyniku spalania paliwa kopalnego wdmuchiwanego do strefy wewnętrznej 26, określenie zadanej długości płomienia w funkcji głębokości pieca opalanego paliwem kopalnym, na której to głębokości ma być zamontowany palnik 22.

Na figurze 7 przedstawiono drugi przykład wykonania palnika 22' z uwarstwionym promieniowojądrem płomienia, w którym można zastosować sposób według wynalazku skutecznego sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia. Jedyną dużą różnicę pomiędzy konstrukcjami palnika 22 na fig. 5 i 6, i palnika 22' pokazanego na fig. 7,jest konstrukcja otworów wlotowych, którymi powietrze wdmuchiwane do strefy zewnętrznej 24 wpływa do palników 22 i 22' z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia. W tym celu, w przypadku palnika 22 pomiędzy otworem wlotowym 30 a wnętrzem palnika 22 umieszczono element przejściowy 40. Natomiast w przypadku palnika 22' nie ma elementu przejściowego 40 towarzyszącego każdemu otworowi wlotowemu 30. W przypadku palnika 22' powietrze, które jest wdmuchiwane do strefy zewnętrznej 26, po wpłynięciu otworami wlotowymi 30 do palnika 22' płynie bezpośrednio stamtąd do wnętrza palnika 22'.

Reasumując, według wynalazku, opracowano nowy i ulepszony sposób skutecznego sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia. Bez względu na głębokość,

184 438 jaką może mieć piec, palnik z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia w sposób ciągły umożliwia zmniejszanie emisji NO_X, jaką można w nim osiągnąć.

Ponadto, dzięki sposobowi według wynalazku, palnik z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia jest w stanie, bez stosowania powietrza dopalającego lub recyrkulacji gazów spalinowych, zmniejszać emisje NOx do poziomu umożliwiającego spełnienie stanowych i federalnych limitów emisji NOx. Przykładowo przy spalaniu oleju napędowego nr 6 jest on w stanie zapewniać wartości NOx w przedziale poniżej 0,113 kG/1055074,91 kJ(0,25 funtów/MM BTU). Ponadto, istnieje możliwość regulowania momentu pędu oraz odchylania płynącego przez palnik strumienia powietrza.

Mechanizmy palnika są tak usytuowane, żeby były zabezpieczone przed ciepłem wypromieniowywanym przez piec, który może być opalany różnymi typami paliw przykładowo olejem, gazem ziemnym i węglem. Palnik można umieszczać w dowolnej nowej lub istniejącej instalacj i paleniskowej i w dowolnej instalacj i kotłowej. Ponadto sposób skutecznego sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia, zapewnia to, że palnik ten ma wlotowąwydajność cieplnąod 1055074,91 kJ (1MM BTU) na godzinę i można dobierać wysokogatunkowe materiały do wykonania zespołów palnika w celu rozwiązania w nim problemów cieplnych i/lub korozyjnych.

Na figurach przedstawiono przykłady wykonania według wynalazku, ale rozumie się samo przez się, że niektóre z nich można ciągle modyfikować, co może zrobić z łatwością każdy znający tę dziedzinę techniki. Załączone zastrzeżenia majązadanie objęcia modyfikacji, o których tu mowa, a także wszelkich innych modyfikacji wchodzących w zakres niniejszego wynalazku.

184 438

SKŁAD STECHIOMETRYCZNY GAZU

CZAS PRZEBYWANIA

Fig. 4

184 438

Fig. 5

184 438

zgzzzzz^zz^

Fig. 6

Fig. 7

184 438

Fig. 1

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób sterowania palnikiem z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia zainstalowanym w piecu opalanym paliwem kopalnym, w skład którego to sposobu wchodzi nastawianie palnika dla ustalenia strefy zewnętrznej strumienia powietrza przy wtryskiwaniu do niego pierwszej porcji całkowitej ilości powietrza potrzebnego do spalania paliwa kopalnego oraz ustalenia strefy wewnętrznej strumienia powietrza i paliwa kopalnego przy wtryskiwaniu do niego drugiej porcji całkowitej ilości powietrza potrzebnego do spalania spalanego paliwa kopalnego znamienny tym, że nastawia się palnik (22) z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia tak, że ustala się zewnętrzną strefę (24) strumienia powietrza i wewnętrzną strefę (26) strumienia powietrza dzięki czemu określa się typ płomienia wytwarzanego przez palnik (22) przy takiej samej zadanej objętości powietrza wtryśniętej do strefy wewnętrznej (26) jako druga porcja całkowitej ilości powietrza, przy czym w czasie określania typu płomienia steruj e się momentem pędu powietrza wtryśniętego do strefy wewnętrznej (26) za pomocą urządzenia mechanicznego, bez zmiany zadanej objętości wtryskiwanego powietrza oraz steruje się kątem wtrysku paliwa kopalnego wtryskiwanego do strefy wewnętrznej (26), przy czymjako pierwszy typ płomienia (10) stosuje się płomień o bardzo małej długości i o wysokim wolumetrycznym wydzielaniu ciepła wytwarzającym najwyższe dopuszczalne ilości NO_X; jako drugi typ płomienia (12) stosuje się płomień o średniej długości i o umiarkowanym stopniu turbulencji wytwarzającym małą ilość ΝΟχ małą ilość CO i o małej nieprzezroczystości, a jako trzeci typ płomienia (14) stosuje się płomień o dużej długości o najmniejszym stopniu turbulencji wytwarzającym małą ilość ΝΟχ dużą ilość CO i o dużej nieprzezroczystości a następnie ustala się głębokość pieca z zainstalowanym w nim palnikiem (22) na poziomie wybranej spośród innych głębokości o mniejszej długości, o średniej długości i o dużej długości; gdzie dobiera się długość płomienia w zależności od wybranej głębokości pieca przy czym dla małej głębokości pieca wybiera się płomień (10) o bardzo małej długości, dla średniej głębokości pieca wybiera się płomień (12) o średniej długości a dla dużej głębokości pieca wybiera się płomień (14) o dużej długości przy czym do strefy wewnętrznej (26) wtryskuje się taką samą ilość powietrza bez względu na długość płomienia.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do strefy zewnętrznej (24) wprowadza się pierwsząporcję powietrza (16) stano wiącą60%o do 80% całkowitej ilości powietrza potrzebnego do spalania paliwa kopalnego.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przed wtryśnięciem do strefy zewnętrznej (24) pierwszej porcji powietrza (16) nadaje się strumieniowi powietrza moment pędu.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że strefę zewnętrzną (24) umieszcza się współosiowo w pewnej odległości od osi palnika (22) z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do strefy wewnętrznej (26) wtryskuje się drugąporcję powietrza (18) co stanowi pozostałą część całkowitej ilości powietrza potrzebnego do spalania paliwa kopalnego.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że strefę wewnętrzną (26) dla strumienia powietrza i paliwa kopalnego umieszcza się wzdłuż osi palnika (22) z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia.
7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że przed wtryśnięciem do strefy wewnętrznej (26) drugiej porcji powietrza (18) nadaje się strumieniowi powietrza moment pędu.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że do strefy wewnętrznej (26) wtryskuje się całą ilość paliwa kopalnego (20).

184 438
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że paliwo kopalne (20) wtryskuje się osiowo do strefy wewnętrznej (26) wzdłuż osi palnika (22) z uwarstwionym promieniowo jądrem płomienia.