PL190798B1 - Sposób i palnik do wprowadzania paliwa do pieca - Google Patents

Abstract

1. Sposób wprowadzania paliwa do pieca, zwlaszcza paliwa stalego, plynnego albo gazowego do strefy spalania, zwlaszcza do pieca obrotowego do wytwarzania cementu klinkierowego albo podob- nych produktów, za pomoca którego to sposobu paliwo wprowadza sie przez co najmniej jeden przewód a powietrze pierwotne wprowadza sie przez co najmniej dwa pierscieniowe przewody, umieszczone zasadniczo wspólsrodkowo i wokól przewodu paliwa, przy czym czesc powietrza w jednym z przewodów powietrza przeplywa zasad- niczo osiowo, zas czesc powietrza w drugim z prze- wodów powietrza zawiera powietrze, które ma skla- dowa obrotowa wokól osi srodkowej palnika, przy czym ilosc pierwotnego powietrza w tych dwóch czesciach kontroluje sie niezaleznie, znamienny tym, ze dwie czesci pierwotnego powietrza z dwóch pierscieniowych przewodów (8, 9) miesza sie w przewodzie zbiorczym (15) w pojedynczy pierwotny zmieszany strumien powietrza, który nastepnie poddaje sie przyspieszeniu. PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i palnik do wprowadzania paliwa do pieca, zwłaszcza paliwa stałego, płynnego albo gazowego do strefy spalania, zwłaszcza do pieca obrotowego do wytwarzania klinkieru cementowego albo podobnych produktów.

Palniki służące do tego celu są dobrze znane. Początkowo składały się one z jednej pojedynczej rury, przez którą wprowadzano mieszaninę sproszkowanej mączki węglowej i powietrza, a powietrze wprowadzano do strefy spalania pieca. Z czasem wprowadzono ulepszenia projektowe do palników, z włączeniem takich cech jak dodatkowe przewody do wprowadzania innych typów płynnego albo gazowego paliwa. Ponadto, większość nowoczesnych palników zawiera jeden albo kilka oddzielnych przewodów do wprowadzania powietrza, tak że tylko niewielka ilość pierwotnego powietrza wprowadzana jest wraz ze sproszkowanym węglem. Przez wywołanie ruchu obrotowego części wprowadzanego powietrza umożliwiono w większym stopniu kontrolę kształtu płomienia w piecu.

Przykład palnika wyżej wspomnianego rodzaju opisano w europejskim opisie patentowym EP-B-0421903. Ten znany palnik zawiera jeden albo kilka przewodów do wprowadzania paliwa, otoczonych przez dwa pierścieniowe przewody do wprowadzania pierwotnego powietrza. W otworze pierścieniowej dyszy najbardziej wewnętrznego z tych przewodów powietrza zapewnione są skośne łopatki, które wywołują ruch obrotowy powietrza. W najbardziej zewnętrznym przewodzie, powietrze biegnie i jest wprowadzane w kierunku zasadniczo osiowym.

Regulacji obszaru dyszy obydwu przewodów można dokonać przez ustawienie przewodów osiowo względem siebie, a części pierwotnego powietrza w tych dwóch przewodach można również kontrolować niezależnie. Zmienność kształtu płomienia jest zatem możliwa w tym palniku, przy możliwości regulacji prędkości przepływu i szybkości powietrza pierwotnego jak również ilości powietrza pierwotnego, która jest poddawana obrotowi. Jednakże wadą tego palnika jest to, że pierwotne powietrze wprowadzane jest przez dwie oddzielne dysze pierścieniowe, co powoduje stosunkowo wysoką utratę ciśnienia i mniej skuteczne mieszanie pierwotnego powietrza w strefie spalania.

Drugi przykład palnika wyżej wspomnianego rodzaju przedstawiono w europejskim opisie patentowym EP-A-0650012. Ten znany palnik również zawiera jeden bądź kilka przewodów do wprowadzania paliwa, otoczonych przez jeden pojedynczy przewód pierwotnego powietrza, który uchodzi do pierścieniowej dyszy. Tuż przed dyszą powietrze kierowane jest przez wiele giętkich rurek, które dzięki mechanizmowi, mogą się odginać na boki, tym samym powodując ruch obrotowy powietrza.

Ruch obrotowy powietrza, a stąd kształt płomienia, może się zatem zmieniać dzięki zamianie kąta wygięcia rurek, oraz dzięki zmianie ilości pierwotnego powietrza. Korzyścią z podawania całości pierwotnego powietrza przez tylko jedną dyszę jest to, że zmniejsza to utratę ciśnienia i zapewnia skuteczniejsze mieszanie powietrza i paliwa, a stąd bardziej stabilny płomień. Jednakże wadą tego typu palnika jest stosunkowo złożony mechanizm regulacyjny, który wydaje się być również podatny na uszkodzenia w zamierzonym jego środowisku roboczym.

Znane jest również, na przykład z francuskiego opisu patentowego FR-A-2348439, wprowadzanie i rozdzielanie powietrza pierwotnego na kilka przewodów.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wprowadzania paliwa do pieca, zwłaszcza paliwa stałego, płynnego albo gazowego do strefy spalania, zwłaszcza do pieca obrotowego do wytwarzania cementu klinkierowego albo podobnych produktów, za pomocą którego to sposobu paliwo wprowadza się przez co najmniej jeden przewód a powietrze pierwotne wprowadza się przez co najmniej dwa pierścieniowe przewody, umieszczone zasadniczo współśrodkowo i wokół przewodu paliwa, przy czym część powietrza w jednym z przewodów powietrza przepływa zasadniczo osiowo, zaś część powietrza w drugim z przewodów powietrza zawiera powietrze, które ma składową obrotową wokół osi środkowej palnika, przy czym ilość pierwotnego powietrza w tych dwóch częściach kontroluje się niezależnie, charakteryzuje się tym, że dwie części pierwotnego powietrza z dwóch pierścieniowych przewodów miesza się w przewodzie zbiorczym w pojedynczy pierwotny zmieszany strumień powietrza, który następnie poddaje się przyspieszeniu.

Korzystnie zmieszany strumień powietrza pierwotnego zostaje przyspieszony ze współczynnikiem pomiędzy 5 a 12.

Korzystnie stosuje się prędkość przepływu osiowego pierwotnego powietrza w dwóch przewodach powietrza w zakresie pomiędzy 20 a 25 m/s, i przyspiesza się zmieszany strumień powietrza pierwotnego do prędkości przepływu pomiędzy 160 a 200 m/s.

PL 190 798 B1

Korzystnie powietrze w drugim przewodzie powietrza wprawia się w ruch obrotowy wokół osi środkowej palnika przez skierowanie przez wiele skośnych łopatek tuż ponad ujściem przewodu.

Przedmiotem wynalazku jest również palnik do wprowadzania paliwa do pieca, zwłaszcza paliwa stałego, płynnego albo gazowego do strefy spalania, zwłaszcza do pieca obrotowego do wytwarzania cementu klinkierowego albo podobnych produktów, który to palnik zawiera co najmniej jeden przewód do prowadzenia paliwa i co najmniej dwa pierścieniowe przewody umieszczone na zewnątrz zasadniczo współśrodkowo i wokół przewodu paliwa dla prowadzenia pierwotnego powietrza, przy czym przewody powietrza są tak umieszczone, by spowodować przepływ osiowy części powietrza w jednym z przewodów powietrza i przepływ części powietrza w drugim przewodzie powietrza ze składową obrotową wokół osi środkowej palnika, oraz zespół do niezależnego sterowania ilością pierwotnego powietrza w tych dwóch częściach, charakteryzujący się tym, że przewody powietrza pierwotnego uchodzą do połączonego pierścieniowego przewodu zbiorczego dla prowadzenia zmieszanego powietrza pierwotnego do pierścieniowej dyszy, przy czym obszar przepływu przewodu zbiorczego zmniejsza się stopniowo w kierunku osiowego ruchu powietrza.

Korzystnie przewód zbiorczy wykonany jest z dwóch współśrodkowych pierścieniowych elementów, z których skrajnie zewnętrzny element ma kształt stożka ściętego, który jest zbieżny w kierunku przepływu z kątem nachylenia pomiędzy 30 a 60° względem osi środkowej palnika.

Korzystnie drugi przewód powietrza, tuż ponad ujściem przewodu, jest wyposażony w skośne łopatki do nadawania części powietrza w drugim przewodzie powietrza jego składowej obrotowej.

Korzystnie dysza wykonana jest z dwóch współśrodkowych pierścieniowych elementów przestawnych osiowo względem siebie, z których przynajmniej jeden jest ukształtowany jako stożek ścięty.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku można zapewnić skuteczne mieszanie paliwa i powietrza z minimalnym spadkiem ciśnienia, w którym kształt płomienia można zmieniać, przy czym równocześnie konstrukcja ma taki stopień solidności, że zapewniony jest rozsądny czas wytrzymałości roboczej, biorąc pod uwagę wysokie obciążenia termiczne i mechaniczne, nałożone na palnik w strefie spalania pieca obrotowego.

Dzieje się tak z uwagi na fakt, iż dwa podstrumienie pierwotnego powietrza, przed wprowadzaniem do pieca, mieszają się przy stosunkowo niskiej prędkości w jeden strumień powietrza, który następnie, przy stosunkowo wysokiej prędkości, wprowadzany jest przez jedną dyszę, fakt iż stopień ruchu obrotowego pierwotnego powietrza można zmieniać przez zmienianie wzajemnie zależnych ilości tych dwóch pierwotnych strumieni powietrza i fakt, że wszystkie konieczne zespoły sterownicze można zainstalować w łatwo dostępny sposób na zewnątrz strefy spalania pieca. W rezultacie, te części palnika, które poddane są obciążeniom cieplnym, można wytworzyć według prostego i solidnego projektu. Zaleca się, by obszar przepływu przewodu zbiorczego od położenia, w którym mieszają się strumienie pierwotnego powietrza do pierścieniowej dyszy zmniejszał się o czynnik pomiędzy 5 a 12 tak, że prędkość zmieszanego pierwotnego strumienia powietrza ulega przyspieszeniu o równoważny współczynnik.

Przedmiot wynalazku został opisany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia częściowy przekrój części przedniej pierwszego przykładu wykonania palnika według wynalazku, fig. 1b - widok z przodu tego samego palnika, fig. 2a, 2b, 2c i 2d - inne, alternatywne przykładowe wykonania dyszy powietrza pierwotnego o zmiennym polu powierzchni, fig. 3a - widok w przekroju przez przedni odcinek drugiego przykładowego wykonania palnika według wynalazku, a fig. 3b - widok z przodu tego samego palnika.

Na fig. 1a i 1b przedstawiono palnik, który w zamierzeniu ma być opalany wspólnie olejem i sproszkowanym węglem, i który zawiera rurę ochronną 2,w którą wsadzona jest oddzielna lanca 1 do wprowadzania i atomizowania paliwa olejowego.

Współśrodkowo wokół rury ochronnej 2 umieszczone są dwie rury 3 i 4, które tworzą między sobą pierścieniowy przewód 6 dla wprowadzania i wdmuchiwania mieszaniny sproszkowanego węgla i powietrza. W celu schłodzenia palnika olejowego 1 i utrzymania go wolnym od pyłu, niewielką ilość całkowitego pierwotnego powietrza można wprowadzać i wdmuchiwać do przestrzeni pomiędzy wewnętrzną rurą 3 a rurą ochronną 2. W dodatku do rury ochronnej 2 możliwe będzie włożenie jednej albo wprowadzenie kilku rur do wewnętrznej rury 3 dla dodatkowych alternatywnych paliw.

Współśrodkowo wokół rur 2, 3 i 4 umieszczona jest rura powietrzna 5 która w połączeniu z rurą na węgiel 4 tworzy pierścieniowy przewód 8 do przewodzenia części pierwotnego powietrza, określanego jako powietrze obrotowe. Wiele skośnych łopatek 10 przymocowanych jest do końca wylotowego przewodu 8 w celu wprawienia w ruch obrotowy powietrza obrotowego.

PL 190 798B1

Współśrodkowo wokół rury 5 przymocowana jest rura palnika 7, która w połączeniu z promieniową rurą powietrza 5 tworzy pierścieniowy przewód 9 do wprowadzania pozostałej części pierwotnego powietrza, określanego jako powietrze osiowe. Wziąwszy pod uwagę, iż temperatura w strefie spalania może być niezwykle wysoka, zewnętrzne rury palnika 7 wyposażone są w ceramiczną odporną okładzinę 11.

Według wynalazku, przewody pierwotnego powietrza 8i 9 uchodzą do połączonego pierścieniowego przewodu zbiorczego 15. W przedstawionym przykładowym wykonaniu, przewód zbiorczy zapewniony jest pomiędzy rurą 4 a stożkowato ukształtowanym elementem pierścieniowym 7a, który połączony jest z rurą palnika 7. W przewodzie zbiorczym 15, strumienie powietrza pierwotnego mieszają się w jeden strumień powietrza, który z uwagi na projekt przewodu zbiorczego, ulega przyspieszeniu przed wprowadzaniem do strefy spalania pieca przez otwór dyszy pierścieniowej 14.

Otwór dyszy 14 zapewniony jest pomiędzy najbardziej zewnętrznym pierścieniem dyszy 12, który przymocowany jest do elementu pierścieniowego 7aa najbardziej wewnętrznym pierścieniem dyszy 13, który jest przymocowany do rury węgla 4. Dzięki wyposażeniu jednego albo obu pierścieni dyszy 12, 13 w powierzchnię stożkowatą, obszar dyszy 14 można zmieniać poprzez osiowe przemieszczenie dwóch pierścieni dyszowych względem siebie.

Figury 2a, 2b, 2c i 2d przedstawiają inne opcje dla układu dyszy 14.

Na fig. 2a zewnętrzna część 12 dyszy 14 jest ukształtowana jako smukły, zbieżny stożek ścięty, natomiast wewnętrzna część 12 wykonana jest jako walec. Kierunek przepływu powietrza podlega w ten sposób regulacji nieco w kierunku środkowej linii palnika.

Dysza 14 z fig. 2b ukształtowana jest z gładkim, okrągłym otworem, w którym najbardziej wewnętrzny pierścień dyszy 13 wykonany jest ze smukłym, rozbieżnym stożkiem ściętym, co oznacza, iż kierunek przepływu jest regulowany nieco od środkowej linii palnika.

Na fig. 2c i 2d przedstawiono przykłady dysz 14, które mają układ taki, że kierunek przepływu jest ustawiony w linii osi.

Na fig. 3a i 3b przedstawiono palnik, który nie zawiera rury węgla 4. Wtym przypadku, najbardziej wewnętrzny pierścień dyszy 13 jest zamiast tego przymocowany do wewnętrznej rury 3.

Zasada działania palnika przedstawionego na fig. 1a i 1b jest taka, że paliwo olejowe wprowadzane jest i atomizowane przy pomocy lancy palnikowej 1. W celu schłodzenia lancy palnika i utrzymania jej w czystości, niewielką ilość pierwotnego powietrza wprowadza się do przestrzeni pomiędzy rurą wewnętrzną 3 a rurą ochronną 2. Mieszaninę sproszkowanego węgla i powietrza przenoszącego wprowadza się przez pierścieniowy przewód 6. Powietrze pierwotne wprowadza się i rozdziela się w znany sposób do dwóch przewodów powietrza pierwotnego 8 i 9. Ilość powietrza dostarczanego do dwóch przewodów 8 i 9 może być niezależnie kontrolowana względem siebie. W przewodzie zbiorczym 15 dwa strumienie powietrza pierwotnego mieszają się w jeden strumień.

Charakterystyka przepływu zmieszanego strumienia powietrza jest wynikiem charakterystyk dwóch mieszanych strumieni powietrza i obejmuje składowe przepływowe osiową jak również obrotową, których wzajemny związek można zmieniać poprzez sterowanie dwoma strumieniami powietrza pierwotnego tak, że uzyskuje się optymalny płomień. Jak wspominano uprzednio, mieszany strumień powietrza pierwotnego w przewodzie zbiorczym 15 podlega przyspieszeniu do pożądanej prędkości przed wprowadzaniem do pieca przez dyszę pierścieniową 14.

Sproszkowany węgiel i powietrze przenoszące muszą zostać wprowadzone do pieca z prędkością, która jest wystarczająco wysoka dla utrzymania cząstek węgla w zawieszeniu, ale nie na tyle wysoka, by poddać rury niedopuszczalnemu stopniowi zużycia. Zwykle prędkość jest w zakresie pomiędzy 25-40 m/s.

W przypadkach, w których palnik stosowany jest w konwencjonalnym obrotowym piecu do wytwarzania na przykład cementu klinkierowego, ilość pierwotnego powietrza wprowadzonego do palnika będzie zwykle stanowić pomiędzy 5 a 15 procent teoretycznie wymaganego powietrza do spalania. Pozostałe powietrze do spalania, zwykle określane jako powietrze wtórne, wprowadzane jest do pieca bez zaangażowania w ten proces palnika.

Całkiem często, jako powietrze wtórne stosuje się ogrzane powietrze chłodzące z następującej dalej chłodnicy materiału, przy czym powietrze chłodzące zwykle ogrzewa się do poziomu około 1000°C, gdy do takich zastosowań wykorzystuje się palnik, prędkość wprowadzanego powietrza pierwotnego powinna być o wiele wyższa niż prędkość wprowadzania paliwa i zwykle powinna być w zakresie od 160 do 200 m/s. Gdy powietrze pierwotne opuszcza dyszę 14, będzie przenosić gorąPL 190 798 B1 ce otaczające powietrze wtórne ze sobą, tym samym mieszając je z paliwem. Z uwagi na wysoką temperaturę wtórnego powietrza, około 1000°C, paliwo ulegnie zapłonowi.

Kształt płomienia, który ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia stabilnej produkcji cementu klinkierowego można zmieniać przez zmianę prędkości przepływu płomienia pierwotnego i prędkości wprowadzania i poprzez zmienianie stopnia, w jakim powietrze poddawane jest ruchowi obrotowemu. Zwykle wymagany będzie skromny stopień ruchu obrotowego strumienia powietrza i dlatego też ilość powietrza pierwotnego, które poddane jest ruchowi obrotowemu, gdy jest wprowadzane przez przewód 8 zwykle stanowi pomiędzy 0 a 35 procent całkowitego pierwotnego strumienia powietrza.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wprowadzania paliwa do pieca, zwłaszcza paliwa stałego, płynnego albo gazowego do strefy spalania, zwłaszcza do pieca obrotowego do wytwarzania cementu klinkierowego albo podobnych produktów, za pomocą którego to sposobu paliwo wprowadza się przez co najmniej jeden przewód a powietrze pierwotne wprowadza się przez co najmniej dwa pierścieniowe przewody, umieszczone zasadniczo współśrodkowo i wokół przewodu paliwa, przy czym część powietrza w jednym z przewodów powietrza przepływa zasadniczo osiowo, zaś część powietrza w drugim z przewodów powietrza zawiera powietrze, które ma składową obrotową wokół osi środkowej palnika, przy czym ilość pierwotnego powietrza w tych dwóch częściach kontroluje się niezależnie, znamienny tym, że dwie części pierwotnego powietrza z dwóch pierścieniowych przewodów (8, 9) miesza się w przewodzie zbiorczym (15) w pojedynczy pierwotny zmieszany strumień powietrza, który następnie poddaje się przyspieszeniu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zmieszany strumień powietrza pierwotnego zostaje przyspieszony ze współczynnikiem pomiędzy 5 a 12.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się prędkość przepływu osiowego pierwotnego powietrza w dwóch przewodach powietrza w zakresie pomiędzy 20 a 25 m/s, i przyspiesza się zmieszany strumień powietrza pierwotnego do prędkości przepływu pomiędzy 160 a 200 m/s.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że powietrze w drugim przewodzie powietrza (8) wprawia się w ruch obrotowy wokół osi środkowej palnika przez skierowanie przez wiele skośnych łopatek (10) tuż ponad ujściem przewodu.
5. 5. Palnik do wprowadzania paliwa do pieca, zwłaszcza paliwa stałego, płynnego albo gazowego do strefy spalania, zwłaszcza do pieca obrotowego do wytwarzania cementu klinkierowego albo podobnych produktów, który to palnik zawiera co najmniej jeden przewód do prowadzenia paliwa i co najmniej dwa pierścieniowe przewody umieszczone na zewnątrz zasadniczo współśrodkowo i wokół przewodu paliwa dla prowadzenia pierwotnego powietrza, przy czym przewody powietrza są tak umieszczone, by spowodować przepływ osiowy części powietrza w jednym z przewodów powietrza i przepływ części powietrza w drugim przewodzie powietrza ze składową obrotową wokół osi środkowej palnika, oraz zespół do niezależnego sterowania ilością pierwotnego powietrza w tych dwóch częściach, znamienny tym, że przewody powietrza pierwotnego (8, 9) uchodzą do połączonego pierścieniowego przewodu zbiorczego (15) dla prowadzenia zmieszanego powietrza pierwotnego do pierścieniowej dyszy (14), przy czym obszar przepływu przewodu zbiorczego (15) zmniejsza się stopniowo w kierunku osiowym ruchu powietrza.
6. 6. Palnik według zastrz.5, znamienny tym, że przewód zbiorczy (15) wykonany jest z dwóch współśrodkowych pierścieniowych elementów (4, 7a, 3, 7a), z których skrajnie zewnętrzny element (7a) ma kształt stożka ściętego, który jest zbieżny w kierunku przepływu z kątem nachylenia pomiędzy 30 a 60° względem osi środkowej palnika.
7. 7. Palnik według zastrz. 5, znamienny tym, że drugi przewód powietrza (8), tuż ponad ujściem przewodu, jest wyposażony w skośne łopatki (10) służące do nadawania części powietrza w drugim przewodzie powietrza jego składowej obrotowej.
8. 8. Palnik według zastrz. 5, znamienny tym, że dysza (14) wykonana jest z dwóch współśrodkowych pierścieniowych elementów (12, 13), przestawnych osiowo względem siebie, z których przynajmniej jeden jest ukształtowany jako stożek ścięty.