PL197839B1 - Sposób i układ wprowadzania dodatkowych mediów do paleniska kotła energetycznego i dysza wprowadzająca dodatkowe media do paleniska kotła energetycznego - Google Patents

Abstract

1. Sposób wprowadzania dodatkowych mediów do paleniska kotła energetycznego, w którym podczas procesu spalania każ de z mediów doprowadza się pod stał ym ciśnieniem, za pomocą szeregu dysz przynależnych danemu medium, odrębnie do przynależnej temu medium strefy paleniska w tym kotle, znamienny tym, że w strugi (S) danego medium wprowadza się pulsacyjnie, z częstotliwością pulsacji od 0,5 Hz do 50 Hz odrębny strumień (S) powietrza lub innego czynnika gazowego o amplitudzie ciśnienia wyższej od ciśnienia danego medium o wielkość od 0,05 MPa do 0,5 MPa w zależności od rodzaju medium.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ wprowadzania dodatkowych mediów do paleniska kotła energetycznego i dysza wprowadzająca dodatkowe media do paleniska kotła energetycznego. Do dodatkowych mediów zalicza się powietrze dla procesu dopalania OFA, powietrze lub inny czynnik gazowy z sorbentem dla odsiarczania spalin, powietrze lub inny czynnik gazowy do wprowadzenia paliwa redukcyjnego wraz z tym paliwem (reburning), oraz powietrze dla osłony rur ekranowych. Wynalazki są przeznaczone do stosowania przy wprowadzaniu do procesu spalania jednego z czterech wymienionych mediów, dwóch, trzech lub wszystkich czterech mediów w zależności od stosowanej technologii eksploatacji kotła.

W procesach spalania w kotłach energetycznych stosuje się dodatkowe media dla celów odsiarczenia spalin, dla dopalania spalin - do dysz OFA dla reburningu oraz dla osłony rur ekranowych. Dodatkowe media, którymi są powietrze, lub powietrze z sorbentem albo powietrze z paliwem, lub też inny czynnik gazowy z paliwem są wprowadzane w odpowiednie obszary paleniska kotła energetycznego pod stałym ciśnieniem wynoszącym dla poszczególnych mediów od 0 do 0,3 MPa za pomocą urządzeń dozujących i źródeł sprężonego powietrza lub innego czynnika gazowego oraz instalacji rozprowadzającej i zespołów dysz osadzonych w odpowiednich obszarach paleniska.

Przy wprowadzaniu dodatkowych mediów do paleniska koła energetycznego ważnym jest, aby nastąpiła duża penetracja doprowadzanego medium w głąb obszaru do którego jest doprowadzane to medium. W przypadkach doprowadzania mediów redukujących tlenki azotu i siarki oraz powietrza dopalającego przez dysze OFA istotne jest dobre wymieszanie wprowadzanego medium z gorącymi spalinami przepływającymi pod kątem zbliżonym do prostego w stosunku do wprowadzanego czynnika.

Znane i stosowane sposoby wprowadzania dodatkowych mediów nie zapewniają dobrego wymieszania, penetracja w głąb paleniska jest ograniczona. Skuteczność procesów odazotowania, tak zwanych metod pierwotnych, polegających na wprowadzaniu powietrza do dysz OFA, czynnika redukcyjnego w postaci dodatkowego paliwa oraz odsiarczania spalin zależy w znacznym stopniu od skuteczności dobrego wymieszania wprowadzanych mediów i spalin, stąd poprawienie skuteczności mieszania poprawia sprawność odsiarczania i odazotowania. Ważne jest również zapewnienie dużej penetracji powietrza osłonowego wzdłuż ścian komory paleniskowej w tak zwanym obszarze palnikowym, gdyż zapewnia skuteczną osłonę rur ekranowych przed korozją i szlakowaniem w wyniku stworzenia przy ścianach atmosfery utleniającej tj. z nadmiarem tlenu w stosunku do nie spalonych gazów w tym CO. Wymaga to rozwiązania problemu dozowania powietrza osłonowego w niewielkich ilościach ale z dużym pędem oraz optymalnego doboru rozmieszczenia dysz doprowadzających powietrze i ich konstrukcji, co znane rozwiązania pozwalają uzyskać w ograniczonym zakresie.

Znane rozwiązania doprowadzania powietrza osłonowego zależą od zastosowanych palników i ich rozmieszczenia. W przypadku palników strumieniowych i wirowych umieszczonych w komorze paleniskowej kotła w jej narożach, powietrze osłonowe doprowadza się w samych palnikach poprzez zewnętrzne dysze koncentrycznie umieszczone względem doprowadzania mieszanki paliwowo-powietrznej i powietrza wtórnego do spalania. Dysze są zwykle odchylone w stronę ścian komory. Takie rozwiązanie ujawniono w opisie patentowym PL 177727. Jednakże penetracja tego powietrza jest zwykle za mała i nie zabezpiecza ścian komory na całej jej szerokości. Dla palników umieszczonych na ścianach komory paleniskowej, stosuje się dysze powietrza umieszczone na przeciwległych ścianach. Dysze te zwykle są umieszczone na tych samych poziomach co dysze palnikowe. Również w tych przypadkach powietrze nie dochodzi równomiernie do obszarów pod i za dyszami. Przy tym sposobie dozowania powietrza osłonowego w przypadkach dużych stężeń tlenku węgla i niedopalonego paliwa, może nastąpić lokalne spalanie w pobliżu chronionej ściany zwiększające temperaturę przy ekranach komory, co pociąga za sobą niekorzystne skutki eksploatacyjne.

Dozowanie dodatkowych czynników do komory paleniskowej kotła energetycznego stosuje się w technice suchego odsiarczania, gdzie dozuje się sproszkowany sorbent wapniowy z powietrzem, oraz w technikach redukcji tlenków azotu, dozując paliwo dodatkowe powyżej palników, lub powietrze dopalające w technice tak zwanego stopniowego spalania, lub też czynniki redukcyjne jak mocznik lub amoniak.

Skuteczność tych metod zależy od dobrego wymieszania podawanego czynnika ze spalinami w określonym obszarze komory.

W dotychczasowych rozwiązaniach gazowe media redukujące tlenki azotu jak i sproszkowany sorbent w mieszaninie z powietrzem wprowadza się do komory spalania z wentylatora poprzez dysze.

PL 197 839 B1

Kierunek wprowadzania mediów w stosunku do kierunku przepływu głównego nurtu spalin w komorze, jest prostopadły. Głębokość penetracji strugi dodatkowego medium w przekroju poprzecznym komory paleniskowej jest zależna od wzajemnej proporcji prędkości strugi głównej i strugi dodatkowej.

Sposób wprowadzania dodatkowych mediów do paleniska kotła energetycznego według wynalazku, w którym podczas procesu spalania każde z mediów doprowadza się pod stałym ciśnieniem, za pomocą szeregu dysz przynależnych danemu medium, odrębnie do przynależnej temu medium strefy paleniska w tym kotle, charakteryzuje się tym, że w strugi danego medium wprowadza się pulsacyjnie, z częstotliwością pulsacji od 0,5 Hz do 50 Hz dodatkowy strumień powietrza lub innego czynnika gazowego o amplitudzie ciśnienia wyższej od ciśnienia danego medium o wielkość od 0,05 MPa do 0,5 MPa w zależności od rodzaju medium. Odrębny strumień powietrza lub innego czynnika gazowego wprowadza się bezpośrednio do poszczególnych dysz, poszczególnych mediów. Odrębny strumień powietrza lub innego czynnika gazowego do każdej z dysz wprowadza się współosiowo względem strugi strumienia dodatkowego medium w tej dyszy, w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu wymienionej strugi.

Układ wprowadzania dodatkowych mediów do paleniska kotła energetycznego według wynalazku, zawierający odrębny zespół dysz osadzonych w odrębnych strefach paleniska dla każdego dodatkowego medium, w którym każda z dysz każdego zespołu jest połączona z zasobnikiem danego medium i czynnika nośnego tego medium lub z zasobnikiem danego medium i oddzielnie z zasobnikiem czynnika nośnego tego medium charakteryzuje się tym, że każda z dysz każdego zespołu dysz przynależnych określonemu, dodatkowemu medium jest jednocześnie połączona poprzez pulsator przynależny danej dyszy z kolektorem połączonym z zasobnikiem sprężonego powietrza lub innego czynnika gazowego o żądanej wartości ciśnienia.

Dysza układu wprowadzania dodatkowych mediów do paleniska kotła energetycznego według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma korpus zakończony rozdzielaczem strugi dodatkowego medium, zaopatrzonym w symetrycznie, współosiowo utworzony otwór, przy czym w obszarze wysokości tego rozdzielacza strugi medium, na obwodzie korpusu, w jego ścianie są ukształtowane symetrycznie otwory, zaś przeciwległe względem rozdzielacza strugi dodatkowego medium, współosiowo z nim jest osadzony króciec odrębnego strumienia sprężonego powietrza lub innego czynnika gazowego.

Rozwiązania według wynalazków w istotny sposób poprawiają penetrację dodatkowych mediów w żądanym kierunku, co oznacza, że w przypadku dozowania czynników redukujących tlenki siarki i azotu poprawia się skuteczność redukcji, a tym samym poprawia się sprawność odsiarczania i odazotowania, zmniejszając końcową emisję tlenków siarki i azotu. Dodatkowe korzyści z zastosowania rozwiązań według wynalazków, to skrócenie czasu odsiarczania i odazotowania, zaś wzrost skuteczności tych procesów pozwala na oszczędności sorbentu i poprawia sprawność kotła. Fakt ten wynika z tego, że proces odsiarczania przy pomocy sorbentów wapniowych jest endotermiczny tj. pochłania część ciepła ze spalania paliwa. W przypadku medium o postaci powietrza osłonowego korzyścią jest zwiększenie żywotności rur ekranowych a tym samym zmniejszenie nakładów na remonty.

Wynalazki są bliżej objaśnione w przykładach realizacji za pomocą rysunku na którym fig. 1 ilustruje realizację sposobu według wynalazku przedstawiając schematycznie układ wprowadzania dodatkowych mediów, którymi są powietrze, dla dopalania (OFA), lub powietrze dla osłony rur ekranowych, albo też sorbent dla procesu odsiarczania lub paliwo redukcyjne (reburning) wraz z gazowym czynnikiem nośnym, fig. 2 analogiczny układ wprowadzania dodatkowych mediów, którymi są sorbent dla procesu odsiarczania lub paliwo redukcyjne wprowadzane inżektorowo, fig. 3 widok w przekroju wzdłużnym, poosiowym dyszy cylindrycznej do wprowadzania dodatkowych mediów, fig. 4 widok od czoła dyszy przedstawionej na fig. 3, fig. 5 widok powierzchni bocznej dyszy według wynalazku, fig. 6 widok w przekroju wzdłużnym, poosiowym innej postaci dyszy według wynalazku, zaś fig. 7 widok od czoła dyszy przedstawionej na fig. 6.

W sposobie wprowadzania dodatkowych mediów do paleniska kotła energetycznego według wynalazku, każde z mediów doprowadza się pod stałym ciśnieniem do szeregu dysz Di - Dn przynależnych tylko danemu medium i rozmieszczonych w odpowiednich miejscach paleniska danego typu kotła energetycznego. W przypadku dodatkowych mediów, którymi są powietrze dla osłony rur ekranowych lub powietrze dla dopalania (OFA), medium to (fig. 1) za pomocą instalacji I doprowadza się do dysz Di - Dn. W strugi S danego medium, wewnątrz każdej z dysz Di - Dn, tego medium, wprowadza się pulsacyjnie odrębny strumień Sp powietrza o amplitudzie ciśnienia większej od ciśnienia danego medium o wartość od 0,05 MPa do 0,5 MPa i o częstotliwości pulsacji od 0,5 Hz do 50 Hz. Strumień ten wprowadza się współosiowo względem strugi S strumienia danego medium, w kierunku

PL 197 839 B1 zgodnym ze strugą S strumienia tego medium. W sposobie według wynalazku (fig. 1) w przypadku dodatkowego medium, którym jest paliwo redukcyjne dla procesu reburningu lub sorbent dla procesu suchego odsiarczania spalin, przewodami instalacji I doprowadza się to medium wraz z gazowym czynnikiem rozprowadzającym, lub powietrzem do dysz D1 - Dn przynależnych wyłącznie danemu medium. W strugi S tego medium wewnątrz każdej z dysz D1 - Dn danego medium wprowadza się pulsacyjnie odrębny strumień Sp powietrza o amplitudzie ciśnienia większej od ciśnienia tego medium o wartość od 0,05 MPa do 0,5 MPa w przypadku paliwa redukcyjnego dla procesu reburningu, zaś o wartości od 0,1 MPa do 0,5 MPa w przypadku sorbentu, z częstotliwością od 0,5 Hz do 50 Hz. Odrębny strumień Sp wprowadza się współosiowo względem strugi S strumienia dodatkowego medium, w kierunku zgodnym ze strugą S tego strumienia. Do dysz D1 - Dn paliwo redukcyjne lub sorbent może być pod stałym ciśnieniem doprowadzany inżektorowo (fig. 2). Wówczas przewodami instalacji I do dysz D1 - Dn wprowadza się gazowy czynnik rozprowadzający lub powietrze, zaś króćcami K1 - Kn i instalacją L paliwo redukcyjne lub sorbent ze zbiornika ZM danego medium.

Układ wprowadzania dodatkowych mediów do paleniska kotła energetycznego jest utworzony przez zespoły dysz D1 - Dn z których każdy zespól dysz D1 - Dn jest odrębny dla danego medium i każdy zespół dysz D1 - Dn jest osadzony w odrębnych strefach paleniska. Każda z dysz D1 - Dn każdego zespołu jest połączona z zasobnikiem ZP danego dodatkowego medium w przypadku, gdy dodatkowe medium stanowi powietrze osłonowe lub powietrze dla dopalania (fig. 1), zaś z zasobnikiem ZW wspólnym dla danego medium i czynnika nośnego tego medium, gdy to medium stanowi paliwo redukcyjne lub sorbent (fig. 1), lub też z odrębnym zasobnikiem ZN czynnika nośnego i zbiornikiem ZM wymienionego medium (fig. 2). W przypadku paliwa redukcyjnego lub sorbentu każda z dysz D1 - Dn może być połączona ze wspólnym zasobnikiem ZW danego medium i czynnika nośnego (fig. 1). Przy inżektorowym zasilaniu, w przypadku medium o postaci paliwa redukcyjnego lub sorbentu (fig. 2) każda z dysz D1 - Dn, jest połączona instalacją I z zasobnikiem ZN nośnego czynnika gazowego lub powietrza oraz przez przynależny tej dyszy D1 - Dn inżektorowy króciec (K1 - Kn) i instalacja L ze zbiornikiem ZM tego medium.

Każda z dysz D1 - Dn każdego dodatkowego medium jest jednocześnie połączona z przynależnym danej dyszy D1 - Dn pulsatorem P₁ - Pn sprężonego powietrza lub innego czynnika gazowego. Wejście każdego pulsatora P1 - Pn jest połączone z kolektorem KP, który z kolei jest połączony z zasobnikiem PL sprężonego powietrza lub innego czynnika gazowego o żądanej wartości ciśnienia.

W sposobie i układzie według wynalazku szczególnie dobre wyniki uzyskuje się stosując dyszę według wynalazku, zwłaszcza dla rozprowadzania powietrza do osłony rur ekranowych kotła energetycznego.

Dysza wprowadzającą dodatkowe media do paleniska kotła energetycznego prowadzania dodatkowych mediów do paleniska kotła energetycznego według wynalazku (fig. 3, fig. 4, fig. 5) ma cylindryczny korpus 1 zakończony rozdzielaczem 2 strugi medium. Rozdzielacz 2 ma postać wypełnionego lejka, szyjką 3 zwróconego do wnętrza korpusu 1 i zaopatrzonego we współosiowo ukształtowany przelotowy otwór 4. Nad rozdzielaczem 2 wewnątrz korpusu 1 jest osadzony króciec 5 doprowadzający odrębny strumień Sp powietrza lub innego gazu. W bocznej ścianie korpusu 1, w obszarze wysokości szyjki 3 rozdzielacza 2 są ukształtowane otwory 6. W drugiej postaci dyszy według wynalazku (fig. 6 i 7) korpus 1a ma w przekroju poprzecznym postać kwadratu, zaś rozdzielacz 2a ma symetrycznie, współosiowo utworzony otwór 4a o kształcie prostokąta. Nad rozdzielaczem 2a jest usytuowany współosiowo króciec 5a odrębnego strumienia powietrza. W bocznych ścianach 7a, 8a, 9a, 10a korpusu 1a, na wysokości szyjki 3 rozdzielacza 2a są utworzone otwory 6a.

W czołowej, płaskiej ścianie lejkowego rozdzielacza 2a, tuż przy krawędziach bocznych ścian 7a, 8a, 9a i 10a i wzdłuż ich szerokości są utworzone wąskie szczeliny 11.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wprowadzania dodatkowych mediów do paleniska kotła energetycznego, w którym podczas procesu spalania każde z mediów doprowadza się pod stałym ciśnieniem, za pomocą szeregu dysz przynależnych danemu medium, odrębnie do przynależnej temu medium strefy paleniska w tym kotle, znamienny tym, że w strugi (S) danego medium wprowadza się pulsacyjnie, z częstotliwością pulsacji od 0,5 Hz do 50 Hz odrębny strumień (S) powietrza lub innego czynnika

PL 197 839 B1 gazowego o amplitudzie ciśnienia wyższej od ciśnienia danego medium o wielkość od 0,05 MPa do 0,5 MPa w zależności od rodzaju medium.

2. Sposób wedługzasttz. 1, znamienny tym, że odrębny sttumień powiettzal ub i nnego czynnika gazowego o amplitudzie ciśnienia wyższej od ciśnienia danego medium o wielkość od 0,05 MPa do 0,5 MPa w zależności, od rodzaju medium i o częstotliwości pulsacji od 0,5 Hz do 50 Hz wprowadza się bezpośrednio do poszczególnych dysz (D, - Dn) przynależnych poszczególnym mediom.

3. Sposób według zas^z. 2, znamienny tym, że odrębny s^umień (Sp) powieirza lub innego czynnika gazowego do każdej z dysz (D, - Dn) wprowadza się współosiowo względem strugi (S) strumienia dodatkowego medium w tej dyszy (D, - Dn), w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu wymienionej strugi (S).

4. Układ wprowadzania mediów do paleniska kotła energetycznego zawierający odrębny zespół dysz osadzonych w odrębnych strefach paleniska dla każdego dodatkowego medium, w którym każda z dysz każdego zespołu jest połączona z zasobnikiem danego medium i czynnika nośnego tego medium lub z zasobnikiem danego medium i oddzielnie z zasobnikiem czynnika nośnego tego medium, znamienny tym, że każda z dysz (D, - Dn) każdego zespołu dysz przynależnych określonemu, dodatkowemu medium jest jednocześnie połączona poprzez pulsator (P, - Pn) przynależny danej dyszy (D, - Dn) z kolektorem (KP) połączonym z zasobnikiem (PL) sprężanego powietrza lub innego czynnika gazowego o żądanej wartości ciśnienia.

5. Dysza wprowadzająca dodatkowe media do paleniska kotła energetycznego, znamienna tym, że ma korpus (1, 1a) zakończony rozdzielaczem (2, 2a) strugi dodatkowego medium, zaopatrzonym w symetrycznie utworzony otwór (4, 4a), przy czym w obszarze wysokości tego rozdzielacza (2, 2a) strugi medium, na obwodzie korpusu (, ,a), w jego ścianie są ukształtowane symetrycznie otwory (6, 6a), zaś przeciwlegle względem lejkowatego rozdzielacza (2, 2a) współosiowo z nim jest usytuowany króciec (5, 5a) odrębnego strumienia sprężonego powietrza lub innego czynnika gazowego.