PL191930B1 - Kocioł - Google Patents

Abstract

1. Kociol, w którego sklad wchodzi komora spalania utworzona przez przednia i tylna sciane oraz sciany boczne dochodzace do przedniej i tylnej sciany a takze liczne stopnie palników umieszczone na co najmniej jednej scianie przedniej lub tylnej, znamienny tym, ze pomiedzy skrajnym zewnetrznym rzedem palników (2, 3, 4, 39) i sciana boczna (1a, 1b), w zakresie wysokosci stopni palników (2, 3, 4, 39) jest umieszczony wylot gazu (6). PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kocioł, a zwłaszcza kocioł korzystny dla zmniejszenia stężenia CO oraz frakcji niespalonej i zmniejszenia przywierania popiołu, itp. do ścian bocznych pieca.

Dla poprawy sprawności grzewczej kotła wymagane jest zmniejszenie stężenia tlenku węgla (CO) oraz frakcji niespalonej w piecu. Dla zmniejszenia stężenia CO oraz frakcji niespalonej w piecu stosowane są sposoby podane poniżej.

Pierwszy sposób polega na adaptacji stanu roboczego, a zwłaszcza regulacji ilości przepływu powietrza w palniku, i przepływu na wylocie dodatkowego powietrza dla dwustopniowego spalania.

Drugi sposób polega na dostarczeniu powietrza do przestrzeni, gdzie występuje wzrost frakcji niespalonej. Przykład drugiego sposobu, tj. sposobu podawania powietrza wzdłuż ściany pieca, jest ujawniony w japońskim wzorze użytkowym nr 59-92346, 2-122909 oraz nr 62-131106 i 3-286918.

Pośród konwencjonalnych przykładów, w japońskim wzorze użytkowym nr 59-92346 i 2-122909, iw japońskim opisie patentowym nr 3-286918 ujawniono kocioł, w którym wylot powietrza umieszczono w dolnej części stopnia palnika.

W japońskim opisie patentowym nr 62-131106 ujawniono kocioł, w którym wylot powietrza umieszczono na czterech ścianach pieca, w górnej i dolnej części oraz w środku wysokości licznych stopni palników.

Twórcy zweryfikowali skuteczność wspomnianego powyżej konwencjonalnego pierwszego i drugiego sposobu na podstawie pomiaru i analizy liczbowej rzeczywistego kotła. Ustalono, że pomimo zastosowania tych metod stężenie CO i frakcji niespalonej w spalinach wciąż pozostawało wysokie w pobliżu ściany bocznej dochodzącej do ściany z palnikiem, przynajmniej na wysokości stopnia palnika. Ponadto, w przypadku spalania węgla, wykazano przywieranie popiołu do ściany bocznej.

Przyczyną jest tu przechodzenie w pobliżu ściany bocznej wytwarzanych przez palnik spalin, ponieważ ciśnienie przy ścianie bocznej jest niższe niż ciśnienie w przestrzeni spalania w środku pieca.

Środki zaradcze przedstawiono w japońskim opisie patentowym nr 7-98103. Zaproponowano kocioł z palnikami i umieszczonymi na odpływie palników wylotami powietrza dwustopniowego spalania. W kotle pomiędzy ścianą boczną i palnikiem zastosowano kanał dodatkowego spalania dostarczający gaz o ciśnieniu cząstkowym tlenu 10% lub poniżej, w celu regulacji wielkości wtrysku gazu spalania doprowadzanego z dodatkowego zasilania i w kierunku strumienia, co zapobiega powracaniu strumienia z palnika na boczną ścianę pieca.

Dotychczas na dodatkowym doprowadzeniu dla spalania wymagane było ciśnienie cząstkowe tlenu wynoszące 10% lub poniżej. Ponieważ występuje tu konieczność zastosowania długiego odcinka rury dostarczającej gaz do spalania, rzędu kilkudziesięciu metrów, niemożliwe będzie uniknięcie znacznych kosztów.

Celem wynalazku jest konstrukcja kotła, którego budowa zapobiega przechodzeniu spalin w pobliżu bocznej ściany.

Kocioł, w którego skład wchodzi komora spalania utworzona przez przednią i tylną ścianę oraz ściany boczne dochodzące do przedniej i tylnej ściany a także liczne stopnie palników umieszczone na co najmniej jednej ścianie przedniej lub tylne, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pomiędzy skrajnym zewnętrznym rzędem palników i ścianą boczną, w zakresie wysokości stopni palników jest umieszczony wylot gazu.

Kocioł, w którego skład wchodzi komora spalania utworzona przez przednią i tylną ścianę oraz liczne stopnie palników umieszczone na co najmniej jednej ścianie przedniej lub tylnej według wynalazku charakteryzuje się tym, że w ścianie bocznej na wysokości stopni palników jest umieszczony wylot gazu do wytwarzania strumienia gazu o wyższym ciśnieniu w pobliżu ściany bocznej wewnątrz komory spalania niż ciśnienie gazu w środkowej części komory spalania.

Kocioł, w którego skład wchodzi komora spalania utworzona przez przednią i tylną ścianę oraz ściany boczne dochodzące do przedniej i tylnej ściany, a także liczne stopnie palników umieszczone na co najmniej jednej ścianie przedniej lub tylnej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera wylot powietrza dodatkowego dla dwustopniowego spalania umieszczony za stopniami palników, zaś pomiędzy skrajnym zewnętrznym rzędem palników i ścianą boczną w zakresie wysokości stopni palników znajduje się co najmniej jeden wylot gazu do wytwarzania wyższego ciśnienia gazu w pobliżu ściany bocznej wewnątrz komory spalania niż ciśnienie gazu w środkowej części komory spalania, zaś liczne stopnie wylotów gazu znajdują się pomiędzy najniższym stopniem palników i wylotem powietrza dodatkowego.

PL 191 930 B1

W każdym z kotłów wspomnianych powyżej, korzystnie wylot gazu jest umieszczony w częściach leżących naprzeciwko ściany przedniej i ściany tylnej, przy czym części te mają jednakową wysokość, a ponadto posiada środki doprowadzania gazu do wtryskiwania strumienia gazu z szybkością, przy której strumień gazu z przeciwnego wylotu gazu zderza się pośrodku między przednią ścianą i tylną ścianą.

Korzystnie kocioł zawiera środki doprowadzania sproszkowanego węgla jako paliwa i strumienia powietrza do przenoszenia sproszkowanego węgla do licznych stopni palników, środki doprowadzania powietrza do spalania do licznych stopni palników oraz środki doprowadzania gazu do wtryskiwania przez wylot gazu, a ponadto posiada urządzenie sterujące do sterowania wielkością przepływu strumienia gazu płynącego z wylotu gazu na podstawie żądanego obciążenia kotła oraz informacji o gatunku węgla dla zmniejszenia wielkości przepływu strumienia płynącego z wylotu gazu przy małym obciążeniu kotła, i zwiększenia wielkości przepływu strumienia płynącego z wylotu gazu zgodnie z rosnącym obciążeniem kotła.

Korzystnie kocioł zawiera ponadto środki doprowadzania sproszkowanego węgla jako paliwa i strumienia powietrza do przenoszenia sproszkowanego węgla do licznych stopni palników, środki do doprowadzania powietrza do spalania do licznych stopni palników oraz środki doprowadzania gazu do wtryskiwania przez wylot gazu, a ponadto zawiera środki pomiarowe do pomiaru stężenia tlenku węgla w gazach spalinowych w pobliżu ściany bocznej oraz urządzenie sterujące do sterowania wielkością przepływu strumienia gazu płynącego z wylotu gazu na podstawie żądanego obciążenia kotła i wyniku pomiaru stężenia tlenku węgla, dla zmniejszenia wielkości przepływu strumienia gazu płynącego z wylotu gazu przy małym obciążeniu kotła, i zwiększenia wielkości przepływu strumienia gazu płynącego z wylotu gazu zgodnie ze wzrastającym obciążeniem kotła, a także zmniejszenia wielkości przepływu strumienia gazu, płynącego z wylotu gazu gdy stężenie tlenku węgla jest równe lub mniejsze od określonej wartości.

Korzystnie urządzenie sterujące zawiera środek do zwiększania wielkości przepływu strumienia gazu przy obniżaniu wartości opałowej sproszkowanego węgla.

Korzystnie środek doprowadzania gazu do wtryskiwania przez wylot gazu jest środkiem do rozgałęziania strumienia powietrza do spalania w palniku wytwarzając strumień powietrza wtryskiwanego.

Korzystnie kocioł zawiera przepustnicę do regulacji wielkości przepływu strumienia powietrza do spalania i strumienia powietrza wtryskiwanego przez wylot gazu.

Korzystnie środek doprowadzania gazu do wtryskiwania przez wylot gazu jest środkiem do rozgałęziania strumienia powietrza przenoszącego sproszkowany węgiel wytwarzając strumień powietrza wtryskiwanego.

Korzystnie w skład kotła wchodzi wylot powietrza dodatkowego dla dwustopniowego spalania umieszczony za stopniem palnika, zaś środek doprowadzania gazu do wtryskiwania przez wylot gazu jest środkiem do rozgałęzienia strumienia dodatkowego powietrza wytwarzając strumień powietrza wtryskiwanego.

Zgodnie z wynalazkiem, ponieważ w kotle posiadającym komorę spalania utworzoną przez przednią oraz tylną ścianę i ściany boczne dochodzące do ściany przedniej i tylnej a także liczne stopnie palników umieszczone na przynajmniej jednej ze ścian: przedniej i tylnej, dla wytworzenia większego ciśnienia gazu w pobliżu ścian wewnątrz komory spalania niż w środku komory zastosowano wlot strumienia gazu umieszczony pomiędzy skrajnym zewnętrznym rzędem palnika i ścianą boczną w zakresie wysokości palników. Dzięki takiemu rozwiązaniu zwiększono ciśnienie gazu w pobliżu ściany bocznej i zapobieżono zbliżeniu się spalin do ściany bocznej, zmniejszono w ten sposób przywieranie popiołu wskutek zderzania spalin, obniżono stężenie CO na wylocie komory spalania i wielkość frakcji niespalonej.

Dla poniższych przykładów kocioł będzie odpowiadał takiemu kotłowi, w którym spaliny przepływają od wlotu paliwa do wylotu w jednym kierunku.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia piec w pierwszym przykładzie wykonania kotła przepływowego, zgodnie z wynalazkiem, w rzucie perspektywicznym; fig. 2 - przykład wylotu gazu, z fig.1 w przekroju; fig. 3 - wylot gazu z fig. 2, w widoku z przodu; fig. 4 - poglądowo strumień spalin i strumień gazu wewnątrz pieca z fig. 1, gdzie wylot gazu jest umieszczony na przedniej i na tylnej ścianie; fig. 5 - poglądowo strumień spalin w konwencjonalnym piecu, w którym nie występuje wylot gazu, w widoku z przodu; fig. 6 - poglądowo strumień spalin i strumień gazu w piecu według drugiego przykładu wykonania, w którym wylot gazu jest umieszczony na lewej i na prawej ścianie; fig. 7 - poglądowo piec według trzeciego przykładu

PL 191 930 B1 wykonania kotła przepływowego według wynalazku, w rzucie perspektywicznym; fig. 8 - linię przepływu w kierunku lewej ściany w trzecim przykładzie wykonania, w widoku z przodu; fig. 9 - wynik obliczeń stężenia CO (%) w odległości 10 cm od lewej ściany w trzecim przykładzie wykonania; fig. 10 linię przepływu w kierunku lewej ściany w konwencjonalnym kotle przepływowym, w widoku z przodu; fig. 11 - wynik obliczeń stężenia CO (%) w odległości 10 cm od lewej ściany pokazanej na fig. 10; fig. 12 - linię przepływu w kierunku lewej ściany w konwencjonalnym kotle przepływowym, w którym urządzenie do wytwarzania przepływu powietrza obok warstwy granicznej ściany, tworzącego strumień powietrza wzdłuż ściany, jest zastosowane w dolnej części pieca, w widoku z przodu; fig. 13 wynik obliczeń stężenia CO (%) w odległości 10 cm od lewej ściany pokazanej na fig. 12; fig. 14 porównanie charakterystyk palnika A, gdzie stosunek stechiometryczny dla palnika wynosi około 0,8 a zawartość tlenku azotu na wylocie pieca osiąga minimum, i palnika B, dla którego stosunek stechiometryczny wynosi około 0,7 a zawartość tlenku azotu na wylocie pieca osiąga minimum; fig. 15 schemat budowy zgodnie z czwartym przykładem wykonania kotła przepływowego zgodnie z wynalazkiem; fig. 16 - wykres zależności obciążenia od wielkości przepływu strumienia z wylotu gazu; fig. 17 - wykres zależności wartości opałowej i wielkości przepływu strumienia z wylotu gazu; fig. 18 wykres zależności stężenia CO i wielkości przepływu strumienia z wylotu gazu; fig. 19 -piec z ukazaniem środków podawania strumienia powietrza poprzez rozgałęzienie strumienia powietrza do spalania w palniku, w widoku z boku; fig. 20 - piec z ukazaniem środków podawania strumienia powietrza, poprzez rozgałęzienie strumienia powietrza przed przepustnicą do regulacji wielkości przepływu strumienia w palniku, w widoku z boku; i fig. 21 - piec z ukazaniem przykładu, gdzie wylot gazu znajduje się w pobliżu wylotu powietrza dodatkowego, przy czym strumień powietrza jest oddzielony od strumienia powietrza dodatkowego a przewód powietrzny jest krótszy, w widoku z boku.

Figura 1 jest rzutem perspektywicznym, pierwszego przykładu wykonania kotła przepływowego według wynalazku. Kocioł posiada przednią ścianę 14a i tylną ścianę 14b oraz lewą ścianę boczną 1a i prawą ścianę boczną 1b dochodzące do przedniej ściany 14a i tylnej ściany 14b. Przynajmniej na jednej z przeciwległych ścian przedniej 14a i tylnej 14b zamontowano liczne palniki na wielu stopniach i w licznych rzędach. W przypadku pierwszego przykładu wykonania palnik dolnego stopnia 2, palnik środkowego stopnia 3 i palnik górnego stopnia 4 są utworzone przez cztery rzędy palników. Każdy palnik dostarcza paliwo i powietrze do spalania do komory spalania 13.

Wylot gazu 6 zastosowany w obecnym wynalazku jest umieszczony pomiędzy palnikiem dolnego stopnia 2 i palnikiem górnego stopnia 4, w kierunku wysokości, oraz pomiędzy ścianą boczną 1 i skrajnym zewnętrznym rzędem palników w kierunku poprzecznym. Wylot gazu 6 w pierwszym przykładzie wykonania jest umieszczony na tej samej wysokości co palnik środkowego stopnia 3. Wylot gazu 6 na przedniej ścianie 14a i wylot gazu 6 na tylnej ścianie 14b są umieszczone w miejscu, gdzie następuje zderzenie się strumienia gazu wpływającego wylotem 6.

W pierwszym przykładzie wykonania do wylotu gazu 6 dostarczany jest gaz niezawierający paliwa. Składnik gazu niezawierający paliwa obejmuje powietrze, tlen, gazy spalinowe, itp. Nie jest konieczne, aby prędkości przepływu przeciwległych strumieni były sobie równe i możliwe jest takie dobranie miejsca, w którym strumienie zderzają się ze sobą oraz ciśnienia w miejscu zderzenia przy zmianie prędkości przepływu i wielkości przepływu strumieni.

Na figurze 2 przedstawiono wylot gazu 6 zgodnie z pierwszym przykładem wykonania, w przekroju poprzecznym, zaś na fig. 3 przedstawiono wylot gazu 6 według fig. 2, w widoku z przodu. Kształt wylotu gazu 6 jest wyznaczony przez rurę wodną 17 tworzącą kocioł. Rura wodna 17 jest ułożona wokół wylotu gazu 6 w kierunku równoległym do osi symetrii wylotu 6. Przy takim ułożeniu rury wodnej 17 zmniejsza się tłumienie strumienia gazu 18 na wylocie gazu 6, co zwiększa ciśnienie podczas zderzenia strumieni gazu 18. Optymalnym kształtem wylotu gazu 6 jest kształt cylindryczny, w którym przekrój poprzeczny jest okrągły. W przypadku okrągłego kształtu wylotu gazu 6 łatwe jest wyginanie rury wodnej 17 dla utworzenia wylotu gazu 6.

Figura 4 przedstawia poglądowo strumień gazów spalinowych 16 oraz strumień gazu 18 wewnątrz kotła w pierwszym przykładzie wykonania, gdzie wylot gazu 6 jest umieszczony w przedniej ścianie 14a i tylnej ścianie 14b. Przy takim umieszczeniu wylotu gazu 6 gazy spalinowe 16 nie mogą zbliżać się do ścian bocznych 1a i 1b kotła z powodu obecności strumienia gazu 18 wytryskiwanego z wylotu gazu 6. Wynika to ze wzrostu ciśnienia w pobliżu ścian bocznych 1a i 1b kotła wskutek oddziaływania strumienia gazu 18 wytryskiwanego z wylotu gazu 6.

Na figurze 5 przedstawiono poglądowo strumień spalin w tradycyjnym kotle bez wylotu gazu 6, w widoku z przodu. W przypadku braku wylotu gazu 6 gazy spalinowe 16 powstałe na różnych stopPL 191 930 B1 niach palników 2, 3 i 4 przepływają w kierunku ścian bocznych 1a i 1b kotła. Ponieważ gazy spalinowe 16 z dolnego stopnia palnika 2 są powstrzymywane przez gazy spalinowe 16 w palniku środkowym 3oraz w palniku górnym 4 i nie mogą wznosić się bezpośrednio do góry, to gazy spalinowe 16 przepływają w kierunku ścian bocznych 1a i 1b kotła, gdzie ciśnienie jest niskie.

Pewien efekt można uzyskać nawet wtedy, gdy wylot gazu 6 znajduje się pomiędzy dnem kotła i jego wierzchem, nie bezpośrednio obok stopni palników 2, 3 i 4. Efekt ten ulega jednakże zmniejszeniu, gdy zachodzi w części oddalonej od stopni palników 2, 3 i 4.

W dotychczasowym stanie techniki przy zamontowaniu wylotu gazu 6 w dolnej części stopni palników 2, 3 i 4 następuje wzrost ciśnienia w pobliżu ściany bocznej 1, natomiast na wysokości stopni palników 2, 3 i 4 następuje spadek ciśnienia, w wyniku czego gazy spalinowe 16 wytwarzane przez palniki 2, 3 i 4 przepływają w kierunku ścian bocznych 1a i 1b.

Utworzenie wylotu gazu 6 w górnej części stopni palników 2, 3 i 4 powoduje wzrost ciśnienia obok ścian bocznych 1a i1b, w porównaniu z przypadkiem braku wylotu gazu 6.

Natomiast w porównaniu z utworzeniem wylotu w obszarze stopni palników 2, 3 i 4 występuje niewielki wzrost ciśnienia i gazy spalinowe 16 wytwarzane przez palniki 2, 3 i 4 łatwo przepływają w kierunku ścian bocznych 1a i 1b.

Strumień gazu 18 z wylotu gazu 6 może dobrze spełniać cel wynalazku przy dotarciu do części środkowej każdej ze ścian bocznych 1a i 1b. Gdy strumień gazu 18 nie dochodzi do części środkowej każdej ze ścian bocznych 1a i 1b, to gazy spalinowe 16 łatwo przepływają w kierunku ścian bocznych 1a i 1b. Występuje zatem konieczność zderzenia strumienia gazu 18 w środkowej części każdej ze ścian bocznych 1a i 1b. Pożądana prędkość przepływu strumienia gazu 18 leży w zakresie 30 m/s do90 m/s. Natomiast, gdy gaz nie płynie wylotem gazu 6 możliwe jest tłumienie momentu do mniejszej wartości niż w typie wytwarzającym zawirowania, to gaz może być dostarczony do części środkowej ścian bocznych 1a i 1b pod większym ciśnieniem.

Strumień gazu 18 na wylocie gazu 6 może być podawany nie tylko prostopadle do ściany 14 palnika, ale także pod wybranym kątem. Przy kierowaniu strumienia gazu 18 na wylocie gazu 6 ku wewnętrznej części komory spalania 13, gazy spalinowe 16 nie przepływają w kierunku ściany bocznej 1.

Przy wtryskiwaniu strumienia gazu 18 w kierunku ściany bocznej 1 przepływ gazu następuje wzdłuż ściany bocznej 1. Zbliżenie gazów spalinowych 16 do ściany bocznej 1 powoduje wzrost absorpcji ciepła przez tę ścianę, co zwiększa temperaturę ekranu wodnego tworzącego boczną ścianę 1. Strumień gazu 18 na wylocie gazu 6 służy również do chłodzenia ściany bocznej 1 kotła.

Na figurze 6 przedstawiono poglądowo strumień gazów spalinowych 16 i strumień gazu 18 wewnątrz kotła zgodnie z drugim przykładem wykonania, gdzie wylot gazu 8 jest umieszczony na lewej ścianie 1a i na prawej ścianie 1b kotła. Stopnie palników 2, 3 i 4 oraz przednia i tylna ściana 14a i 14b są takie same jak w pierwszym przykładzie wykonania. Nie jest konieczne, aby wylot gazu 8 był umieszczony tylko na przedniej ścianie 14a i tylnej ścianie 14b kotła, gdzie są umieszczone stopnie palników 2, 3 i 4. Umieszczenie wylotu gazu 8 na bocznych ścianach 1a i 1b kotła daje taki sam efekt jak w pierwszym przykładzie wykonania. W tym przypadku, tak jak w pierwszym przykładzie wykonania, konieczne jest zwiększenie ciśnienia w pobliżu ścian bocznych 1a i 1b kotła. Prędkość przepływu powinna być ustawiona w zakresie 30 m/s do 90 m/s. Ponadto, strumień gazu 18 na wylocie gazu 8może być podawany nie tylko prostopadle do tylnej ściany 14b kotła, lecz również pod wybranym kątem. Na fig. 6 przedstawiono przykład, w którym strumień gazu 18 jest podawany wdół. Przy skierowaniu strumienia gazu 18 w dół następuje zderzenie z gazami spalinowymi 16, co powoduje wzrost ciśnienia. W rezultacie gazy spalinowe 16 nie mogą zbliżyć się do ścian bocznych 1a i 1b kotła.

Na figurze 7 przedstawiono poglądowo trzeci przykład wykonania kotła przepływowego, według wynalazku. Budowa stopni palników 2, 3 i 4 oraz przedniej ściany 14a i tylnej ściany 14b kotła jest taka sama jak w pierwszym przykładzie wykonania. Wylot powietrza dodatkowego 9dla prowadzenia dwustopniowego spalania jest zamontowany w górnej części stopni palników 2,3 i 4. Pomiędzy palnikiem dolnego stopnia 2 i palnikiem górnego stopnia 4 umieszczony jest przynajmniej jeden stopień wylotu gazu 6, a pomiędzy palnikiem dolnego stopnia 2 i wylotem powietrza dodatkowego 9 umieszczone są liczne stopnie wylotów gazu 6. W trzecim przykładzie wykonania są one zamontowane w części mającej tę samą wysokość, co palnik środkowego stopnia 3, pomiędzy palnikiem górnego stopnia 4 oraz wylotem powietrza dodatkowego 9 i częścią posiadającą tę samą wysokość co wylot powietrza dodatkowego 9, ogólnie w części trzeciej.

PL 191 930 B1

Strumień gazu 18 wypływającego wylotem gazu 6 zwiększa ciśnienie w środkowej części ściany bocznej 1 kotła i zapobiega przepływowi gazów spalinowych w pobliżu ściany bocznej 1 kotła, w taki sam sposób jak w pierwszym przykładzie wykonania. Przy umieszczeniu wylotu gazu 6 w stopniach palników 2, 3 i 4 gazy spalinowe 16 nie zbliżają się do ścian bocznych 1a i 1b kotła, i równocześnie utleniany jest gaz odtleniający generowany zgodnie z metodą dwustopniowego spalania, co umożliwia zmniejszenie stężenia CO oraz frakcji niespalonej w pobliżu ścian bocznych 1a i 1b kotła. Ponadto zwiększane jest ciśnienie w pobliżu ścian bocznych 1a i 1b kotła poprzez umieszczenie licznych stopni wylotów gazu 6, jak pokazano na fig. 7, zaś gazy spalinowe 16 zawierające gaz odtleniający nie zbliżają się do ściany bocznej 1 kotła.

Na figurze 8 pokazano w widoku z przodu linie strumienia 41 w kierunku lewej ściany bocznej 1a kotła w trzecim przykładzie wykonania.

Na figurze 9 pokazano krzywe wyników obliczeń stężenia CO (%) w odległości 10 cm od lewej ściany bocznej 1a kotła w pierwszym przykładzie wykonania. Analizowany na liczbach kocioł posiadał maksymalny wydatek dla płomienia pyłu węglowego 500 MW, w stanie 100% obciążenia. 4% powietrza do spalania jest podawane z wylotu gazu 6. Prędkość wtrysku wynosi 40 m/s. Na fig. 10 przedstawiono w widoku z przodu linię strumienia 41 w kierunku lewej ściany bocznej 1a tradycyjnego kotła przepływowego.

Na figurze 11 pokazano krzywe wyników obliczeń stężenia CO (%)w odległości 10cm od lewej ściany bocznej 1a kotła. Analizowany na liczbach kocioł posiadał maksymalny wydatek dla płomienia pyłu węglowego 500 MW, w stanie 100% obciążenia.

Na figurze 12 przedstawiono w widoku z przodu linię strumienia 41 w kierunku lewej ściany bocznej 1a dla tradycyjnego kotła przepływowego, w którym zastosowano umieszczone w dolnej części kotła urządzenie wytwarzające strumień powietrza w pobliżu warstwy granicznej ściany 42 dla wytworzenia przepływu powietrza wzdłuż ściany.

Na figurze 13 pokazano krzywe wyników obliczeń stężenia CO (%) w odległości 10 cm od lewej ściany bocznej 1a kotła pokazanej na fig. 12. Analizowany na liczbach kocioł posiadał maksymalny wydatek dla płomienia pyłu węglowego 500 MW, w stanie 100% obciążenia. 8% powietrza spalania jest dostarczane z urządzenia wytwarzającego przepływ powietrza w pobliżu przyściennej warstwy granicznej 42 na fig. 12, jako powietrza przepływającego obok przyściennej warstwy granicznej 43.

Porównując rozwiązania pokazane na fig. 8, 10 i 12, w przypadku, gdy wylot gazu 6 jest umieszczony w sposób pokazany na fig. 8, na bazie pierwszego przykładu wykonania, według wynalazku, strumień gazów spalinowych 16 płynący w kierunku ścian bocznych 1a i 1b kotła jest mniejszy niż w tradycyjnym przykładzie wykonania pokazanym na fig. 12. Nie występuje tu strumień płynący w kierunku ścian bocznych 1a i 1b od strony palnika środkowego stopnia 3 i palnika górnego stopnia 4. Strumień gazu 18 z wylotu gazu 6 zapobiega zderzeniu gazów spalinowych 16 ze ścianą boczną 1 kotła. W przypadku zastosowania urządzenia wytwarzającego strumień powietrza w pobliżu przyściennej warstwy granicznej 42 pokazanej na fig. 12 nie można zapobiec uderzaniu gazów spalinowych 16 w ściany boczne 1a i 1b kotła.

Stężenie CO w pobliżu ściany bocznej 1 kotła, w pierwszym przykładzie wykonania zgodnie z wynalazkiem pokazanym na fig. 9, wynosi za palnikiem 1% lub poniżej tej wartości.

Stężenie CO w pobliżu ściany bocznej 1 tradycyjnego kotła pokazanego na fig. 11 dochodzi do maksymalnej wartości 10%, pomiędzy palnikiem górnego stopnia 4 i wylotem powietrza dodatkowego 9. Tlenek węgla w pobliżu ściany bocznej 1 kotła jest trudny do utlenienia i przepływa do otworu wylotowego 5 pieca.

Stężenie CO w pobliżu bocznej ściany 1 kotła w tradycyjnym kotle, gdzie wprowadzono powietrze przepływające obok przyściennej warstwy granicznej ściany jak pokazano na fig. 13, wynosi maksymalnie 8% i nie różni się od przypadku kotła tradycyjnego. Wspomniany powyżej rozkład stężenia CO powstaje dlatego, że gazy spalinowe 16 przepływające od palników 2, 3 i 4 płyną w kierunku ściany bocznej 1 kotła, gdzie występuje niskie ciśnienie nawet po wprowadzeniu powietrza przepływającego w pobliżu przyściennej warstwy granicznej 42 wzdłuż ściany bocznej 1 kotła, przez co następuje zderzenie z boczną ścianą 1 kotła.

Na figurze 14 przedstawiono porównanie charakterystyki palnika A, w którym stosunek stechiometryczny wynosi około 0,8 a zawartość tlenku azotu na wylocie 5 pieca przyjmuje minimalną wartość, oraz palnika B, w którym stosunek stechiometryczny wynosi około 0,7 i zawartość tlenku azotu na wylocie 5 pieca przyjmuje wartość minimalną. Pożądana jest taka charakterystyka palnika zastosowanego w trzecim przykładzie wykonania, aby zawartość tlenku azotu na wylocie 5 pieca

PL 191 930 B1 przyjmowała minimalną wartość w warunkach roboczych, przez co stosunek stechiometryczny dla palnika będzie wynosić poniżej 0,8. Stosując palnik B w celu zmniejszenia ilości tlenku azotu na wylocie 5 pieca, należy zmniejszyć stosunek stechiometryczny dla palnika do 0,7, zamiast do 0,8. Jednakże, przy obniżeniu stosunku stechiometrycznego dla palnika, gaz odtleniający wytwarzany na 2, 3 i 4 stopniu palnika przepływa obok ściany bocznej 1 kotła, zwiększając stężenie CO i zawartość niespalonej frakcji.

Dlatego tradycyjny kocioł pracował w warunkach stosunku stechiometrycznego około 0,8 przy zasadniczo takiej samej zawartości tlenku azotu na wylocie 5 pieca dla palnika A i palnika B.

Zgodnie z wynalazkiem, ponieważ możliwe jest zmniejszenie stężenia CO i niespalonej frakcji w pobliżu ściany bocznej 1 kotła przy umieszczeniu wlotu gazu 6 jak pokazano w trzecim przykładzie wykonania, możliwe jest zastosowanie palnika B, dla którego stosunek stechiometryczny wynosi około 0,7 a zawartość tlenku azotu na wylocie 5 pieca przyjmuje minimalną wartość, przez co w porównaniu z zastosowaniem palnika A, możliwe jest zmniejszenie zawartości tlenku azotu na wylocie 5 pieca.

Na figurze 15 przedstawiono czwarty przykład kotła przepływowego według wynalazku. Jako paliwo zastosowano tu węgiel 23, składowany w zasobniku węgla 37. Węgiel składowany w zasobniku 37 jest rozpylany przez pulweryzator 38. Węgiel 23 wraz ze strumieniem powietrza 33 doprowadzającego węgiel jest doprowadzany do palnika 39. Powietrze podawane z dmuchawy 31 ogrzewa się spalinami 32 w podgrzewaczu powietrza 30. Podgrzane powietrze rozdziela się na strumień powietrza doprowadzającego węgiel 34, strumień powietrza do spalania 35 oraz strumień powietrza 36 do wtryskiwania przez wylot gazu 6. Na przewodach, którymi płynie strumień powietrza doprowadzającego węgiel 34, strumień powietrza do spalania 35 i strumień powietrza 34 umieszczono przepustnice powietrza 27 oraz miernik wielkości przepływu 26. Urządzenie sterujące 20 wprowadza żądane obciążenie 21, informację o gatunku węgla 22, wynik pomiaru gatunku węgla 24 oraz sygnał wielkości przepływu powietrza 25 dla strumienia powietrza 36, w celu sterowania przepustnicą powietrza 27 przy danym strumieniu powietrza 36. Wystarczające jest umieszczenie wylotu gazu 6 w sposób pokazany w pierwszym lub w drugim przykładzie wykonania.

Urządzenie sterujące 20 wyznacza charakterystykę węgla na podstawie informacji 22 o gatunku węgla bądź wyniku pomiaru gatunku węgla 24, steruje stopniem otwarcia przepustnicy powietrza 27 i reakcją na wyznaczoną charakterystykę węgla, żądane obciążenie i wielkość przepływu powietrza 25 dla strumienia 36 oraz reguluje strumień gazu 18 płynący z wylotu gazu 6.

Na figurze 16 przedstawiono wykres obciążenia w funkcji wielkości przepływu strumienia z wylotu gazu 6. Ponieważ przy małym obciążeniu ciśnienie w obszarze spalania wewnątrz pieca nie jest wysokie, wielkość przepływu gazów spalinowych 16 w kierunku ściany bocznej 1jest mała. Stosownie do tego wielkość strumienia gazu 18 z wylotu gazu 6 jest ustawiona jako mała. Gdy obciążenie wzrasta, następuje wzrost wielkości przepływu strumienia gazu 18 z wylotu gazu 6.

Na figurze 17 przedstawiono wykres zależności wartości opałowej od wielkości przepływu strumienia gazu 18 z wylotu gazu 6. W przypadku węgla o małej wartości opałowej, ponieważ zwiększona jest ilość gazu odtleniającego w spalinach 16 przepływających w kierunku ściany bocznej 1, następuje wzrost wielkości przepływu strumienia 18 z wylotu gazu 6. Natomiast w przypadku węgla o dużej wartości opałowej, ponieważ spalanie nie jest wspomagane i zmniejszono ilość gazu odtleniającego w porównaniu z węglem o małej wartości opałowej, zmniejszona jest także wielkość przepływu strumienia gazu 18 z wylotu gazu 6.

Przy minimalnym ustawieniu wielkości przepływu strumienia gazu 18 z wylotu gazu 6 bez przerywania obszaru odtleniania utworzonego wewnątrz pieca zgodnie ze sposobem sterowania pokazanym na fig. 16 lub 17 możliwe jest stałe utrzymywanie minimalnego stężenia tlenku azotu na wylocie pieca 5.

Na figurze 18 przedstawiono wykres zależności stężenia CO i wielkości przepływu dla strumienia gazu 18 z wylotu gazu 6. Przy braku informacji 22 dotyczącej węgla lub braku wyniku pomiaru gatunku węgla 24 możliwe jest zamontowanie urządzenia 28 do pomiaru stężenia CO, na przykład na ścianie bocznej 1 kotła, co umożliwi uzyskanie sygnału 29 dostarczającego informację o stężeniu CO oraz sterowanie wielkością przepływu strumienia gazu 18 z wylotu gazu 6, zgodnie ze stężeniem CO.

W tym przypadku, gdy sygnał stężenia CO 29 jest równy 4% lub większy, jak pokazano na fig. 18, to przepustnica 27 zostaje otwarta, dla zwiększenia wielkości przepływu strumienia gazu 18 na wylocie gazu 6. Gdy sygnał stężenia CO 29 jest równy 4% lub mniejszy to przepustnica 27 zostaje zamknięta, dla zmniejszenia wielkości przepływu strumienia gazu 18 z wylotu gazu 6.

PL 191 930 B1

Jak wynika z rozkładu stężenia CO podanego na fig. 9, nie występuje konieczność ograniczenia stężenia CO do wartości 4% dla rozpoczęcia sterowania. To znaczy, że gdy stężenie CO w pobliżu palników 2, 3 i 4 jest równie 4% lub mniejsze, to płomień nie zderza się ze ścianą boczną 1 kotła, co umożliwia optymalny dobór stężenia CO w zakresie 0-4%.

Na figurze 19, 20 i 21 przedstawiono warianty środków podawania powietrza do strumienia powietrza 36 w piecu 15, w widoku z boku.

Strumień powietrza 36 pokazany na fig. 19 jest podawany poprzez rozgałęzienie ze strumienia powietrza do spalania 35 dla palnika 39. Ponieważ ciśnienie strumienia powietrza do spalania 35 w palniku 39 jest wysokie, możliwe jest wtryśnięcie strumienia gazu 18 z dużą szybkością, co jest korzystne dla zwiększenia ciśnienia w pobliżu bocznej ściany 1.

Strumień powietrza 36 na fig. 20 rozgałęzia się przed przepustnica 27, służącą do regulacji ilości strumienia powietrza płynącego do palnika 39. Przy rozgałęzianiu strumienia powietrza 36 w sposób podany powyżej, następuje niewielka zmiana ciśnienia strumienia 36, nawet poprzez zmianę wielkości strumienia powietrza do spalania w palniku 39, co umożliwia wtrysk strumienia powietrza 36 z jeszcze większą szybkością. Ponadto możliwe jest niezależne sterowanie strumienia powietrza 36 oraz powietrza do spalania w palniku 39.

Na figurze 21 pokazano przykład, w którym wylot gazu 6 znajduje się w pobliżu wylotu powietrza dodatkowego 9, strumień powietrza 36 stanowi odgałęzienie strumienia powietrza dodatkowego 45, zaś przewód powietrzny jest krótszy.

W konwencjonalnym przykładzie ujawnionym we wspomnianym powyżej niebadanym japońskim opisie patentowym Nr 7-98103 potrzebny był przewód do podawania gazu do spalania mającego ciśnienie cząstkowe tlenu 10% lub poniżej, przy czym przewód dostarcza gaz do otworu dodatkowego spalania. Konieczne było doprowadzenie gazu do spalania przewodem o długości kilkudziesięciu metrów, przez co nieunikniony był znaczny wzrost kosztów.

Natomiast, aby dostarczyć strumień powietrza 36 do pieca 15 zgodnie z wynalazkiem jak przedstawiono na fig. 19, 20 i 21 wystarczy jedynie rozdzielić strumień powietrza spalania 35, lub strumień powietrza dodatkowego 45 doprowadzonego w pobliże. Mianowicie, w przypadku wylotu gazu 6 na tej samej wysokości co stopnie palników 2, 3 i 4, dla obecnego wynalazku wystarczające będzie dodanie minimalnej ilości sprzętu, ponieważ możliwe jest utworzenie wylotu gazu 6 w prawym i w lewym końcu osłony 40 palnika 39. To samo dotyczy również przypadku zastosowania wlotu gazu 6 na tej samej wysokości co wlot powietrza dodatkowego 9.

Ponieważ w kotle przepływowym występuje komora spalania utworzona przez przednią oraz tylną ścianę i ściany boczne połączone z przednią i tylną ścianą, oraz liczne stopnie palników umieszczone na przynajmniej jednej ze ścian przedniej i tylnej, wlot gazu został umieszczony pomiędzy skrajnym zewnętrznym rzędem palników i ścianą boczną, na wysokości stopni palników do wtryskiwania gazu do komory spalania, przez co powstaje wyższe ciśnienie gazu w pobliżu bocznej ściany niż ciśnienie gazu w środkowej części komory spalania, i możliwe jest zapobieżenie dochodzeniu spalin do bocznej ściany, co zmniejsza przywieranie popiołu wskutek zderzenia spalin, stężenie CO na wylocie pieca i zawartość frakcji niespalonej.

Claims (11)

1. Kocioł, w którego skład wchodzi komora spalania utworzona przez przednią i tylną ścianę oraz ściany boczne dochodzące do przedniej i tylnej ściany a także liczne stopnie palników umieszczone na co najmniej jednej ścianie przedniej lub tylnej, znamienny tym, że pomiędzy skrajnym zewnętrznym rzędem palników (2, 3, 4, 39) i ścianą boczną (1a, 1b), w zakresie wysokości stopni palników (2, 3, 4, 39) jest umieszczony wylot gazu (6).

2. Kocioł, w którego skład wchodzi komora spalania utworzona przez przednią i tylną ścianę oraz liczne stopnie palników umieszczone na co najmniej jednej ścianie przedniej lub tylnej, znamienny tym, że w ścianie bocznej (1a, 1b) na wysokości stopni palników (2, 3, 4, 39) jest umieszczony wylot gazu (6) do wytwarzania strumienia gazu o wyższym ciśnieniu w pobliżu ściany bocznej (1a, 1b) wewnątrz komory spalania (13) niż ciśnienie gazu w środkowej części komory spalania (13).

3. Kocioł, w którego skład wchodzi komora spalania utworzona przez przednią i tylną ścianę oraz ściany boczne dochodzące do przedniej i tylnej ściany, a także liczne stopnie palników umieszczone na co najmniej jednej ścianie przedniej lub tylnej, znamienny tym, że zawiera wylot powietrza

PL 191 930 B1 dodatkowego (9) dla dwustopniowego spalania umieszczony za stopniami palników (2, 3, 4, 39), zaś pomiędzy skrajnym zewnętrznym rzędem palników (2, 3, 4, 39) i ścianą boczną (1a, 1b) w zakresie wysokości stopni palników (2, 3, 4, 39) znajduje się co najmniej jeden wylot gazu (6) do wytwarzania wyższego ciśnienia gazu w pobliżu ściany bocznej (1a, 1b) wewnątrz komory spalania (13) niż ciśnienie gazu w środkowej części komory spalania (13), zaś liczne stopnie wylotów gazu (6) znajdują się pomiędzy najniższym stopniem palników (4) i wylotem powietrza dodatkowego (9).

4. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że wylot gazu (6) jest umieszczony w częściach leżących naprzeciwko ściany przedniej (14a) i ściany tylnej (14b), przy czym części te mają jednakową wysokość, a ponadto posiada środki doprowadzania gazu do wtryskiwania strumienia gazu (18) z szybkością, przy której strumień gazu z przeciwnego wylotu gazu (6) zderza się pośrodku między przednią ścianą (14a) i tylną ścianą (14b).

5. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera środki doprowadzania sproszkowanego węgla (23) jako paliwa i strumienia powietrza (33) do przenoszenia sproszkowanego węgla (23) do licznych stopni palników (2, 3, 4, 39) , środki doprowadzania powietrza do spalania (35) do licznych stopni palników (2, 3, 4, 39) oraz środki doprowadzania gazu (36) do wtryskiwania przez wylot gazu (6), a ponadto posiada urządzenie sterujące (20) do sterowania wielkością przepływu strumienia gazu (18) płynącego z wylotu gazu (6) na podstawie żądanego obciążenia (21) kotła oraz informacji (22) o gatunku węgla dla zmniejszenia wielkości przepływu strumienia (18) płynącego z wylotu gazu (6) przy małym obciążeniu kotła, i zwiększenia wielkości przepływu strumienia (18) płynącego z wylotu gazu (6) zgodnie z rosnącym obciążeniem kotła.

6. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto środki doprowadzania sproszkowanego węgla (23) jako paliwa i strumienia powietrza (33) do przenoszenia sproszkowanego węgla (23) do licznych stopni palników (2, 3, 4, 39) , środki do doprowadzania powietrza do spalania (35) do licznych stopni palników (2, 3, 4, 39) oraz środki doprowadzania gazu (36) do wtryskiwania przez wylot gazu (6), a ponadto zawiera środki pomiarowe (28, 29) do pomiaru stężenia tlenku węgla (CO) w gazach spalinowych w pobliżu ściany bocznej (1a, 1b) oraz urządzenie sterujące (20) do sterowania wielkością przepływu strumienia gazu (18) płynącego z wylotu gazu (6) na podstawie żądanego obciążenia (21) kotła i wyniku pomiaru stężenia tlenku węgla (CO), dla zmniejszenia wielkości przepływu strumienia gazu (18) płynącego z wylotu gazu (6) przy małym obciążeniu kotła, i zwiększenia wielkości przepływu strumienia gazu (18) płynącego z wylotu gazu (6) zgodnie ze wzrastającym obciążeniem (21) kotła, a także zmniejszenia wielkości przepływu strumienia gazu (18), płynącego z wylotu gazu (6), gdy stężenie tlenku węgla (CO) jest równe lub mniejsze od określonej wartości.

7. Kocioł według zastrz. 5, znamienny tym, że urządzenie sterujące (20) zawiera środek do zwiększania wielkości przepływu strumienia gazu (18) przy obniżaniu wartości opałowej sproszkowanego węgla (23).

8. Kocioł według zastrz. 5, znamienny tym, że środek doprowadzania gazu (36) do wtryskiwania przez wylot gazu (6) jest środkiem do rozgałęziania strumienia powietrza do spalania (35) w palniku (2, 3, 4, 39) wytwarzając strumień powietrza wtryskiwanego.

9. Kocioł według zastrz. 8, znamienny tym, że zawiera przepustnicę (27) do regulacji wielkości przepływu strumienia powietrza do spalania (35) i strumienia powietrza (36) wtryskiwanego przez wylot gazu (6) .

10. Kocioł według zastrz. 5, znamienny tym, że środek doprowadzania gazu (36) do wtryskiwania przez wylot gazu (6) jest środkiem do rozgałęziania strumienia powietrza (33) przenoszącego sproszkowany węgiel (23) wytwarzając strumień powietrza wtryskiwanego.

11. Kocioł według zastrz. 5, znamienny tym, że w skład wchodzi wylot powietrza dodatkowego (9) dla dwustopniowego spalania umieszczony za stopniem palnika, zaś środek doprowadzania gazu (36) do wtryskiwania przez wylot gazu (6) jest środkiem do rozgałęzienia strumienia dodatkowego powietrza (45) wytwarzając strumień powietrza wtryskiwanego.