PL198811B1 - Aparat spalający pracujący przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego - Google Patents

Abstract

1. Aparat spalaj acy, pracuj acy przy ci snieniu wy zszym od ci snienia atmosferycznego zawieraj acy urz adzenie spalaj ace posiadaj ace komor e zawieraj ac a gaz o niskim st ezeniu, zespó l komory spalania, wylot kana lu gazowego doprowadzaj acy gaz o niskim stezeniu z komory zawieraj a- cej gaz o niskim st ezeniu do zespo lu komory spalania, sekcj e rekuperacji oraz wylot; znamienny tym, ze zawiera kana l zasilaj acy (411), doprowadzaj acy gaz o niskim steze- niu do komory zawieraj acej gaz o niskim st ezeniu (412); komor e wyrównuj ac a ci snienie/rozpraszaj ac a ciep lo (425) oraz umieszczon a w urz adzeniu spalaj acym (400) komor e, zawieraj ac a wst epnie ogrzane powietrze (526); kana l zasi- laj acy (421), doprowadzaj acy powietrze otaczaj ace pod ci snieniem do komory wyrównuj acej ci snienie/rozpraszaj acej ciep lo (425); kana l (465) doprowadzaj acy wst epnie ogrzane powietrze do komory zawieraj acej wst epnie ogrzane powie- trze (526); oraz wylot (527) doprowadzaj acy wst epnie ogrzane powietrze z komory zawieraj acej wst epnie ogrzane powie- trze (526) do zespo lu komory spalania (430), przy czym komora wyrównuj aca ci snienie/rozpraszaj aca ciep lo (425) stanowi element wymieniaj acy ciep lo mi edzy komor a zawie- raj ac a gaz o niskim st ezeniu (412), komor a zawieraj ac a wst ep- nie ogrzane powietrze (526) oraz zespo lem komory spala- nia (430) a powietrzem otaczaj acym pod ci snieniem znajduj a- cym si e w komorze wyrównuj acej ci snienie/rozpraszaj acej ciep lo (425). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy aparatu spalającego, pracującego przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego pozwalającego na spalanie palnych gazów o niskim stężeniu w ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, a zwłaszcza takiego aparatu, który posiada komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło w celu zabezpieczenia zespołu komory spalania przed ciśnieniem wstecznym powstającym podczas procesu spalania.

Stan techniki

W amerykańskim dokumencie patentowym nr 3 229 746 (patencie '746), który jest w całości włączony do niniejszego opisu jako źródło literaturowe przedstawiono urządzenie odzyskujące ciepło oraz sposób umożliwiający spalanie palnych gazów o niskim stężeniu. Przedstawione w tym dokumencie rozwiązania umożliwiają na przykład spalanie gazów o niskim stężeniu powstających podczas procesu krakowania katalitycznego i zawierających mniej niż 8% tlenku węgla (jednakże zastosowanie wynalazku nie jest ograniczone jedynie do takich gazów). Opisany w tym patencie wynalazek pozwala ustabilizować zapłon tlenku węgla w temperaturze między około 649°C a około 816°C (1200°F - 1500°F). Po rozpoczęciu procesu temperatura ta może być w większości przypadków utrzymywana przez spalanie jedynie tlenku węgla. W pozostałych przypadkach konieczne jest dostarczenie niewielkiej ilości pomocniczego paliwa, co pozwala na zapewnienie zapłonu i/lub utrzymanie pożądanego stopnia rekuperacji ciepła.

Pos. I przedstawia urządzenie odzyskujące ciepło według patentu '746. Przedstawiony na pos. I układ oznaczony odnośnikiem 1 określa strefę spalania 2 i umieszczoną na tym samym poziomie strefę rekuperacji ciepła 2. Gaz przepływa do strefy spalania 2 przez komorę gazową 4 i wyloty kanałów gazowych 6. Powietrze jest dostarczane za pośrednictwem komory powietrznej 7. Powietrze wpływa do komory spalania 2 przez wyloty kanałów powietrznych 8. Wspomagające spalanie paliwa pomocniczego powietrze wtórne dostarczane jest do komory spalania przez kanały 9. Gaz jest sporadycznie mieszany z powietrzem przez oznaczone strzałkami 11 i 12 przeciwnie skierowane wiry utworzone przez urządzenie kierujące widoczne w postaci nachylonych kanałów 13, którymi mieszanka gazowa dostarczana jest z komory gazowej 4 do wylotów kanałów gazowych 6 i krótkich przewodów powietrznych 14. Do wstępnego podgrzania znajdujących się w strefie spalania 2 gazów do odpowiedniej temperatury zapłonu wykorzystywane są palniki pomocnicze 16. Strefa spalania 2 wyłożona jest okładziną wykonaną z ogniotrwałego materiału 17, co umożliwia odpromieniowanie ciepła do znajdujących się wewnątrz gazów.

Przedstawiony na pos. I układ umożliwia spalanie gazów o niskim stężeniu, takich jak tlenek węgla o stężeniu niższym niż 8%, na przykład gaz powstający podczas katalitycznego krakowania. Oczywiście spalanie gazów o wyższym stężeniu jest jeszcze łatwiejsze. Wielką zaletą układu przedstawionego na pos. I jest to, że wymaga on jedynie 1% nadmiaru tlenu, mierzonego w produktach procesu spalania.

W komorze spalania 2 łatwo może być utrzymywana temperatura od około 649°C do około 816°C (1200°F - 1500°F), dzięki czemu po rozpaleniu, tlenek węgla może spalać się bez potrzeby dostarczania paliwa pomocniczego. Ciepło uzyskiwane jest przez spalanie tlenku węgla w strefie spalania 2. System uzyskiwania ciepła działa wewnątrz komory spalania 2. Na zewnątrz strefa spalania 2 zaprojektowana jest w taki sposób, że praktycznie nie zachodzi dostarczanie bądź usuwanie ciepła między komorą spalania 2 a otoczeniem. W szczególności, strefa spalania 2 nie jest wyposażona w żadne urządzenia chłodzące takie jak przewody służące do wymiany ciepła.

Przegroda 19 stanowi ścianę końcową 18. Wyloty kanałów powietrznych 8 i wyloty kanałów gazowych 6 przechodzą przez przegrodę 19 tworząc w ścianie końcowej mniej więcej współśrodkowe, kołowe grupy. Na pos. I widoczna jest wykonana z kratówki ściana przelotowa 21 stanowiąca urządzenie nakierowujące, które powoduje przepływ gazów spalinowych przez wąskie kanały 22, co zwiększa skuteczność mieszania. Strefa rekuperacji 3 znajduje się w części układu 1 znajdującej się za strefą spalania 2. W strefie rekuperacji 3 mogą być umieszczone odpowiednie urządzenia odzyskujące ciepło takie jak przewody parowe, podgrzewacz wody, przegrzewacz, strumienie innych cieczy itp.

W układzie 1 znajduje się obudowa strefy spalania 2 posiadająca ściany końcowe oraz rozciągające się między nimi ściany boczne. Wszystkie ściany rozmieszczone są w taki sposób, że odpromieniowują ciepło do strefy spalania przez materiał ogniotrwały 17. Wylot, przez który gorące gazy przechodzą do strefy rekuperacji 3 znajduje się na końcu układu 1, naprzeciwko wylotów kanałów gazowych 6 i wylotów kanałów powietrznych 8, przy czym stanowi on dostatecznie niewielką część

PL 198 811 B1 jednej ze ścian bocznych, dzięki czemu możliwe jest utrzymanie najwyższego możliwego do uzyskania stopnia odpromieniowywania ciepła ze wszystkich ścian obudowy.

Ponadto, tak jak jest to widoczne na pos. I, stanowiąca jedynie radiator urządzenia strefa rekuperacyjna 3 jest całkowicie usunięta z obszaru oddziaływania strefy spalania 2. W porównaniu do konwencjonalnych instalacji z kotłem na tlenek węgla, w których radiator ma postać przewodów z wodą umieszczonych albo w strefie spalania albo wystawionych na działanie ciepła, którym promieniują płonące gazy. Taki wewnętrzny radiator zwiększa zapotrzebowanie na paliwo pomocnicze, zmniejsza natomiast znacznie stabilność płomienia i niezawodność przemiany gazu zawierającego tlenek węgla.

Przedstawione na pos. I urządzenie pracuje zwykle w wysokiej temperaturze.

Przykładowo dostarczany do urządzenia gaz o niskim stężeniu ma zwykle temperaturę od około 316°C do około 593°C (od 600°F do 1100°F) lub wyższą. Będące produktem procesu spalania gazy spalinowe opuszczające komorę spalania mogą mieć temperaturę od około 649°C do około 982°C (od 1200°F do 1800°F) lub wyższą.

Na pos. II i III przedstawione są znane w obecnym stanie techniki urządzenia, które w dostatecznym stopniu pozwalają uniknąć przegrzewania zewnętrznych płyt osłonowych, które są izolowane od komory zawierającej gaz o niskim stężeniu i komory, w której gaz jest spalany, przy czym wykorzystano w tym celu strumień powietrza otaczającego („zimnego”) pod ciśnieniem przepływający do utworzonej w tych komorach komory powietrznej. W rozwiązaniach tych powietrze otaczające pod ciśnieniem wykorzystywane jest jako źródło tlenu zarówno do spalania gazu o niskim stężeniu jak i wykorzystywanego w urządzeniach paliwa pomocniczego.

Na pos. II przedstawione jest konwencjonalne urządzenie spalające 200 posiadające komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu 212, zespół komory spalania 230, strefę rekuperacji 240 i wylot 250. Ciśnienie powietrza otaczającego jest podwyższane przez pompę próżniową 220, a następnie dostarczane do zespołu komory spalania 230 przez kanał zasilający 221. Gaz o niskim stężeniu 210 dostarczany jest do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 212 przez kanał zasilający 211.

Na pos. III przedstawione jest bardziej szczegółowo urządzenie spalające 300. Urządzenie spalające 300 posiada komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu 312 i zespół komory spalania 330. Gaz o niskim stężeniu pochodzący z komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 312 wprowadzany jest do zespołu komory spalania 330 przez wylot kanału gazowego 317. Powietrze otaczające pod ciśnieniem 320 wprowadzane jest do zespołu komory spalania 330 przez wylot kanału gazowego 327. Zespół komory spalania 330 izolowany jest za pomocą ogniotrwałej okładziny 301. Produkty procesu spalania opuszczają zespół komory spalania 330, a następnie wprowadzane są do strefy rekuperacji 340, przy czym zwykle przechodzą one przez wymiennik ciepła (tu nie pokazany).

Osoby posiadające podstawową wiedzę z tej dziedziny zauważą, że w urządzeniu może być wykorzystana odpowiednia liczba pomocniczych palników 16 (widocznych na pos. I), które podczas rozpalania wstępnie podgrzewają gaz w zespole komory spalania 230 (pos. II) lub 300 (pos. III) do pożądanej temperatury zapłonu lub spełniają rolę elementów zapewniających dostarczanie właściwej ilości ciepła do pożądanego odzyskiwania ciepła.

Jak omówiono powyżej, urządzenia takie są zwykle wykorzystywane w procesach, w których gaz o niskim stężeniu dostarczany jest do urządzenia pod ciśnieniem przewyższającym ciśnienie atmosferyczne (może to być na przykład ciśnienie od około 689 Pa do około 34 kPa (od 0,1 psig do 5,0 psig) lub więcej), zaś gazy spalinowe są zwykle odprowadzane do atmosfery po uprzedniej rekuperacji i (w niektórych przypadkach) po przejściu przez systemy oczyszczania gazów spalinowych. Skutkuje to jednakże wytworzeniem w strefie spalania ciśnienia wstecznego. Jak widać na pos. II, w celu spełnienia wymagań związanych z ciśnieniem powietrze jest dostarczane do urządzenia za pomocą pompy. Urządzenie jest oczywiście zaprojektowane w taki sposób, by wytrzymywało i niwelowało te wewnętrzne ciśnienia. Zaletą urządzenia o takiej budowie jest ekonomiczność jego konstrukcji w świetle wytrzymałości na omówione powyżej ciśnienia, przy czym jest to rezultatem integracji komory gazowej i komory powietrznej w jednym pojemniku ciśnieniowym. Dzięki temu między poszczególnymi komorami występują jedynie niewielkie różnice ciśnień.

Stwierdzono jednakże podczas użytkowania urządzenia przedstawionego na pos. III pojawia się pewien problem. W tym wykonaniu powietrze otaczające jest wykorzystywane do chłodzenia ogniotrwałej okładziny 301 zespołu komory spalania 330. Tak więc komora zawierająca gaz o niskim stężeniu 312 i zespół komory spalania 330 mają kontakt z powietrzem otaczającym 320. Jednakże w niektórych zastosowaniach przed spalaniem wymagane jest wstępne ogrzanie powietrza otaczającego 320.

PL 198 811 B1

W takim przypadku temperatura powietrza otaczającego będzie za wysoka, by skutecznie chłodzić ogniotrwałą okładzinę 301. Problemy związane z chłodzeniem komór skutkują z kolei rozszerzaniem się tych komór, jak również niestabilnością ich konstrukcji.

W rzeczywistości stwierdzono, że ze względu na parametry procesu i oszczędność energii dostarczane powietrze powinno być wstępnie ogrzewane do temperatury od około 93°C do około 538°C (od około 200°F do około 600°F) lub wyższej. Stwierdzono, że w takim przypadku obudowa komory powietrznej wykonana w opisany powyżej sposób nie zapewnia już takiej skuteczności chłodzenia, by możliwe było uniknięcie problemów technicznych. Z tego powodu zaistniała potrzeba opracowania urządzenia spalającego pracującego przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego i posiadającego wewnętrzną komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło.

Celem niniejszego wynalazku jest umożliwienie wykorzystania wstępnie ogrzanego powietrza stosowanego w procesie spalania, przy zachowaniu jednocześnie zalet konstrukcyjnych wynikających z niewielkiej różnicy ciśnień pomiędzy komorą gazową a komorą powietrzną oraz zapewnienie urządzenia służącego do tego celu.

Przedmiotem wynalazku jest aparat spalający, pracujący przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego zawierający urządzenie spalające posiadające komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu, zespół komory spalania, wylot kanału gazowego doprowadzający gaz o niskim stężeniu z komory zawierającej gaz o niskim stężeniu do zespołu komory spalania, sekcję rekuperacji oraz wylot.

Istotą wynalazku jest to, że aparat zawiera kanał zasilający, doprowadzający gaz o niskim stężeniu do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu, komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło oraz umieszczoną w urządzeniu spalającym komorę, zawierającą wstępnie ogrzane powietrze, kanał zasilający, doprowadzający powietrze otaczające pod ciśnieniem do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło, kanał doprowadzający wstępnie ogrzane powietrze do komory zawierającej wstępnie ogrzane powietrze, oraz wylot doprowadzający wstępnie ogrzane powietrze z komory zawierającej wstępnie ogrzane powietrze do zespołu komory spalania, przy czym komora wyrównująca ciśnienie/rozpraszająca ciepło stanowi element wymieniający ciepło między komorą zawierającą gaz o niskim stężeniu, komorą zawierającą wstępnie ogrzane powietrze (526) oraz zespołem komory spalania a powietrzem otaczającym pod ciśnieniem znajdującym się w komorze wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło.

Korzystnie, komora zawierająca wstępnie ogrzane powietrze umieszczona jest wewnątrz komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło.

Korzystnie, aparat według wynalazku posiada ponadto pompę próżniową zwiększającą ciśnienie powietrza otaczającego do wartości od około 689 Pa do około 69 kPa.

W innym korzystnym wariancie według wynalazku, ciśnienie powietrza otaczającego zwiększane jest do wartości od około 689 Pa do około 34,5 kPa.

Korzystnie, aparat według wynalazku posiada ponadto podgrzewacz ogrzewający wstępnie ogrzane powietrze do temperatury od około 93°C do około 538°C.

W innym korzystnym wariancie według wynalazku, powietrze jest wstępnie ogrzewane do temperatury od około 93°C do około 316°C.

Korzystnie, powietrze otaczające pod ciśnieniem opuszczające komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło jest ogrzewane w komorze wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło do temperatury nie przekraczającej około 260°C.

W innym korzystnym wariancie według wynalazku, powietrze otaczające pod ciśnieniem opuszczające komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło jest ogrzewane w komorze wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło do temperatury nie przekraczającej około 149°C.

Korzystnie, aparat według wynalazku posiada ponadto znajdujący się w sekcji rekuperacji urządzenia spalającego wymiennik ciepła, wstępnie ogrzewający prowadzane powietrze.

Korzystnie, aparat według wynalazku posiada ponadto kanał usuwający powietrze otaczające pod ciśnieniem z komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło, oraz kanał doprowadzający, który dostarcza usunięte powietrze do wymiennika ciepła.

Korzystnie, aparat według wynalazku wyposażony jest ponadto w znajdujące się na zewnątrz urządzenia spalającego źródło ciepła, które wstępnie ogrzewa wprowadzane powietrze.

Korzystnie, aparat według wynalazku posiada ponadto kanał usuwający powietrze otaczające pod ciśnieniem z komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło, oraz kanał doprowadzający, który dostarcza usunięte powietrze do zewnętrznego źródła ciepła.

PL 198 811 B1

Zgodnie z wynalazkiem stosowanie aparatu według wynalazku polega na dostarczeniu gazu o niskim stężeniu do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu, dostarczeniu powietrza otaczającego pod ciśnieniem do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło, dostarczeniu wstępnie ogrzanego powietrza do komory zawierającej wstępnie ogrzane powietrze, wymianie ciepła między komorą zawierającą gaz o niskim stężeniu, komorą zawierającą wstępnie ogrzane powietrze oraz zespołem komory spalania a powietrzem otaczającym pod ciśnieniem znajdującym się w komorze wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło, dostarczeniu gazu o niskim stężeniu z komory zawierającej gaz o niskim stężeniu do zespołu komory spalania, dostarczeniu wstępnie ogrzanego powietrza z komory zawierającej wstępnie ogrzane powietrze do zespołu komory spalania i spalaniu w zespole komory spalania gazu o niskim stężeniu i wstępnie ogrzanego powietrza przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego.

Te i inne cele, cechy i zalety wynalazku zostaną omówione w poniższym, szczegółowym opisie, załączonych zastrzeżeniach patentowych, oraz uwidocznione na rysunkach przedstawiających kilka rzutów urządzenia według wynalazku.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania przedstawiony jest na rysunku, na którym fig. 4 przedstawia schematycznie urządzenie spalające według wynalazku pracujące przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, fig. 5 przedstawia schematycznie przekrój poprzeczny urządzenia spalającego według wynalazku pracującego przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, fig. 6 przedstawia schematycznie inne wykonanie urządzenia spalającego według wynalazku pracującego przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, fig. 7 przedstawia schematycznie kolejne wykonanie urządzenia spalającego według wynalazku pracującego przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, fig. 8 przedstawia schematycznie konwencjonalny układ dwóch pracujących równolegle urządzeń spalających, fig. 9 przedstawia schematycznie inny konwencjonalny układ dwóch pracujących równolegle urządzeń spalających, fig. 10 przedstawia schematycznie kolejne wykonanie urządzenia spalającego według wynalazku pracującego przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, fig. 11 przedstawia schematycznie kolejne wykonanie urządzenia spalającego według wynalazku pracującego przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, fig. 12 przedstawia schematycznie kolejne wykonanie urządzenia spalającego według wynalazku pracującego przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego.

Na wszystkich rzutach podobne lub odpowiadające sobie elementy oznaczone zostały odnośnikami o podobnych numerach.

Szczegółowy opis korzystnych wykonań

Na fig. 4 przedstawiony jest schematyczny widok pierwszego wykonania urządzenia spalającego 400 według wynalazku pracującego przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego. Urządzenie spalające 400 posiada komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu 412, zespół komory spalania 430, sekcję rekuperacji 440, wymiennik ciepła 460 oraz wylot 450. Gaz o niskim stężeniu 410 dostarczany jest do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 412 przez kanał zasilający 411. Wprowadzane powietrze pod ciśnieniem jest przez pompę próżniową 420 dostarczane do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło 425 za pośrednictwem kanału zasilającego 421. Pompa próżniowa 420 dostarcza powietrze otaczające, które ma temperaturę i ciśnienie otoczenia. Pompa próżniowa 420 zwiększa ciśnienie powietrza otaczającego do wartości od około 689 Pa do około 68 kPa (od 0,1 psig do 10,0 psig), korzystniej od około 689 Pa do około 34 kPa (od 0,1 psig do 5,0 psig). To powietrze pod ciśnieniem przechodzi przez komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło 425, a następnie jest usuwane przez kanał 455. Wspomniane powietrze pod ciśnieniem wykorzystywane jest na przykład do utrzymywania niskiej temperatury metalu znajdującego się w strefie spalania, zapewniając dostateczną izolację i natężenie przepływu.

Stwierdzono, że względnie niewielka ilość ciepła przedostaje się do powietrza pod ciśnieniem znajdującego się w komorze wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło 425.

Tak więc powstająca różnica temperatur jest niewielka. W rzeczywistości korzystne jest, by temperatura powietrza opuszczającego komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło przez kanał 455 nie przekraczała około 260°C (około 500°F), a korzystniej nie przekraczała około 149°C (około 300°F). Stwierdzono, że dzięki temu konstrukcja urządzenia utrzymywana jest w dobrym stanie. Ogrzewane w tym momencie powietrze znajdujące się w kanale 455 dostarczane jest do wymiennika ciepła 460, który opuszcza jako wstępnie ogrzane powietrze przechodząc kanałem 465 do zespołu komory spalania 430. Temperatura wstępnie ogrzanego powietrza w kanale 465 wynosi od około 93°C

PL 198 811 B1 do około 538°C (od około 200°F do około 1000°F), korzystniej od około 93°C do około 316°C (od około 200°F do około 600°F).

Omówione powyżej parametry dotyczące zwiększenia ciśnienia powietrza otaczającego, temperatury powietrza opuszczającego komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło i temperatury wstępnie ogrzanego powietrza wykorzystywanego w procesie spalania są takie same dla wszystkich opisanych tu wykonań.

Na fig. 5 widoczne są dalsze szczegóły urządzenia spalającego 500 według wynalazku. Gaz jest dostarczany przez wylot kanału gazowego 517 z komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 512 do zespołu komory spalania 530. Powietrze otaczające pod ciśnieniem 521 dostarczane jest pod ciśnieniem do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło 525 gdzie, tak jak to omówiono powyżej, powietrze pod ciśnieniem 521 przyjmuje pewną ilość ciepła z komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 512 i zespołu komory spalania 530. Powietrze pod ciśnieniem opuszcza komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło 525 przez wylot 555, skąd przechodzi do wymiennika ciepła (tu nie pokazanego). Wstępnie ogrzane powietrze opuszczające wymiennik ciepła dostarczane jest przez kanał 565 do komory zawierającej wstępnie ogrzane powietrze 526, skąd doprowadzane jest przez wylot 527 kanału powietrznego do zespołu komory spalania 530. Komora zawierająca wstępnie ogrzane powietrze 526 jest izolowana w celu zatrzymania ciepła i zmniejszenia różnic ciśnienia. W komorze zawierającej wstępnie ogrzane powietrze 526 wydzielona jest komora zawierająca średnio ogrzane powietrze, która umieszczona jest wewnątrz komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło 525 i jest przez nią chłodzona.

Osoby posiadające podstawową wiedzę z tej dziedziny łatwo zdadzą sobie sprawę, że we wszystkich wykonaniach przedstawionych na fig. 4-12 może być wykorzystana odpowiednia liczba nie przedstawionych tu pomocniczych palników 16 (widocznych na pos. I), które pełnią rolę mechanizmu rozpalającego wstępnie podgrzewającego gazy w strefie spalania do pożądanej temperatury zapłonu i/lub utrzymują spalanie w przypadku występujących podczas eksploatacji zmian składu lub wartości opałowej mieszanin paliwowych.

W wykonaniach przedstawionych na fig. 4 i 5 ciepło potrzebne do uzyskania wstępnie ogrzanego powietrza pochodzi z urządzenia spalającego 400/500. Na fig. 6 przedstawione jest inne wykonanie niniejszego wynalazku, w którym ciepło potrzebne do uzyskania wstępnie ogrzanego powietrza pochodzi z zewnętrznego źródła ciepła.

Na fig. 6 przedstawione jest inne wykonanie urządzenia spalającego 600 według wynalazku. Urządzenie spalające 600 posiada komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu 612, zespół komory spalania 630, sekcję rekuperacji 640 oraz wylot 650. Gaz o niskim stężeniu 610 dostarczany jest do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 612 przez kanał zasilający 611. Ciśnienie powietrza otaczającego jest zwiększane przez pompę próżniową 620, po czym powietrze dostarczane jest do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło 625 za pośrednictwem kanału zasilającego 621. Ogrzane powietrze jest stamtąd usuwane przez kanał 674 i ogrzewane przez źródło ciepła 675 stając się w kanale 676 wstępnie ogrzanym powietrzem wykorzystywanym w procesie spalania zachodzącym w zespole komory spalania 630. Źródło ciepła 675 może być dowolnym źródłem ciepła zasilanym parą lub elektrycznością (na przykład ze źródła zewnętrznego), co pozwala na zaoszczędzenie paliwa i odzyskiwanie większej ilości ciepła.

Na fig. 7 przedstawione jest inne wykonanie urządzenia spalającego 700 według wynalazku. Urządzenie spalające 700 posiada komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu 712, zespół komory spalania 730, sekcję rekuperacji 740 oraz wylot 750. Gaz o niskim stężeniu 710 dostarczany jest do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 712 przez kanał zasilający 711. W tym wykonaniu wykorzystano dwa oddzielne powietrzne kanały zasilające. Ciśnienie powietrza otaczającego jest zwiększane przez pompę próżniową 720, po czym powietrze dostarczane jest do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło 725 za pośrednictwem kanału zasilającego 721. Ogrzane powietrze usuwane jest przez kanał 777. W celu regulacji ciśnienia w komorze wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło 725 wykorzystano regulator ciśnienia 778. W tym wykonaniu ogrzane powietrze jest ostatecznie usuwane do atmosfery przez kanał 779. Tymczasem pompa próżniowa 770 dostarcza powietrze otaczające pod ciśnieniem do pomocniczego źródła ciepła 775 za pośrednictwem kanału 772. Wstępnie ogrzane powietrze jest z kanału 776 dostarczane do zespołu komory spalania 730.

Na fig. 8 przedstawiony jest konwencjonalny układ składający się z dwóch pracujących równolegle urządzeń spalających 800 i 801. Urządzenie spalające 800 posiada komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu 812, zespół komory spalania 830, sekcję rekuperacji 840 oraz wylot 850. Gaz

PL 198 811 B1 o niskim stężeniu 810 dostarczany jest do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 812 przez kanał zasilający 811. Urządzenie spalające 801 składa się z zespołu komory spalania 832 i wylotu 852. Paliwo 814 jest dostarczane do zespołu komory spalania 832 urządzenia spalającego 801 przez kanał 815. Pompa próżniowa 820 dostarcza powietrze otaczające zarówno do urządzenia spalającego 800 jak i do urządzenia spalającego 801. Pompa próżniowa 820 dostarcza powietrze pod ciśnieniem za pośrednictwem kanału 821, który rozgałęzia się tworząc kanały zasilające 822 i 823. Kanał zasilający 822 wykorzystywany jest do dostarczania wykorzystywanego w procesie spalania powietrza do zespołu komory spalania 830 urządzenia spalającego 800, podczas gdy kanał zasilający 823 służy do dostarczania wykorzystywanego w procesie spalania powietrza do zespołu komory spalania 832 urządzenia spalającego 801.

Na fig. 9 przedstawiony jest inny konwencjonalny układ składający się z dwóch pracujących równolegle urządzeń spalających 900 i 901. W tym wykonaniu urządzenie spalające 901 posiada układ odzyskiwania ciepła służący do wstępnego ogrzewania wykorzystywanego w urządzeniu powietrza.

Urządzenie spalające 900 posiada komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu 912, zespół komory spalania 930, sekcję rekuperacji 940 oraz wylot 950. Gaz o niskim stężeniu 910 dostarczany jest do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 912 przez kanał zasilający 911. Urządzenie spalające 901 składa się z zespołu komory spalania 932, wymiennika ciepła 962 i wylotu 952. Paliwo 914 jest dostarczane do zespołu komory spalania 932 przez kanał 915. Pompa próżniowa 920 dostarcza powietrze otaczające pod ciśnieniem za pośrednictwem kanału zasilającego 921, który rozgałęzia się tworząc kanały zasilające 922 i 923. Kanał zasilający 922 wykorzystywany jest do dostarczania wykorzystywanego w procesie spalania powietrza do zespołu komory spalania 930, podczas gdy kanał zasilający 923 służy do dostarczania powietrza do wymiennika ciepła 962. W wymienniku ciepła 962 zachodzi wymiana ciepła, co zapewnia wstępnie ogrzane powietrze 965, które wykorzystywane jest w procesie spalania zachodzącym w zespole komory spalania 932.

Na fig. 10 przedstawione jest inne wykonanie przedmiotu wynalazku, który jest w tym przypadku zastosowany do dwóch urządzeń spalających 1000 i 1001. Urządzenie spalające 1000 posiada komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu 1012, zespół komory spalania 1030, sekcję rekuperacji 1040, wymiennik ciepła 1060 oraz wylot 1050. Gaz o niskim stężeniu 1010 dostarczany jest do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 1012 przez kanał zasilający 1011. Paliwo 1014 jest przez kanał zasilający 1015 dostarczane do urządzenia spalającego 1001, gdzie wykorzystywane jest w procesie spalania zachodzącym w zespole komory spalania 1032. Pompa próżniowa 1020 dostarcza powietrze otaczające pod ciśnieniem za pośrednictwem kanału zasilającego 1021, który rozgałęzia się tworząc kanały zasilające 1022 i 1023. Kanał zasilający 1022 wykorzystywany jest do dostarczania powietrza do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło 1025. Nieznacznie podgrzane powietrze opuszcza komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło 1025 przez kanał 1055, po czym dostarczane jest do wymiennika ciepła 1060. Wstępnie ogrzane powietrze opuszcza wymiennik ciepła 1060 przez kanał 1060, po czym dostarczane jest do zespołu komory spalania 1030.

Na fig. 11 przedstawiony jest układ dwóch pracujących równolegle urządzeń spalających 1100 i 1101. Urządzenie spalające 1100 posiada komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu 1112, zespół komory spalania 1130, sekcję rekuperacji 1140, wymiennik ciepła 1160 oraz wylot 1150. Gaz o niskim stężeniu 1110 dostarczany jest do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 1112 przez kanał zasilający 1111. Urządzenie spalające 1101 składa się z zespołu komory spalania 1132 i wylotu 1152. Paliwo 1114 jest dostarczane do zespołu komory spalania 1132 przez kanał 1115.

Pompa próżniowa 1120 dostarcza powietrze otaczające pod ciśnieniem do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło 1125 przez kanał 1121. Nieznacznie podgrzane powietrze opuszcza komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło 1125 przez kanał 1155, po czym dostarczane jest do wymiennika ciepła 1160. Wstępnie ogrzane powietrze dostarczane jest z wymiennika ciepła 1160 do kanałów 1165 i 1166. Następnie wstępnie ogrzane powietrze dostarczane jest z kanału 1166 do zespołu komory spalania 1132.

Na fig. 12 przedstawione jest jeszcze jedno wykonanie przedmiotu wynalazku, w którym wykorzystano dwa pracujące równolegle urządzenia spalające 1200 i 1201. Urządzenie spalające 1200 posiada komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu 1212, zespół komory spalania 1230, sekcję rekuperacji 1240 oraz wylot 1250. Urządzenie spalające 1201 składa się z zespołu komory spalania 1232, wymiennika ciepła 1262 i wylotu 1252. Paliwo 1214 wykorzystywane w urządzeniu spalającym 1201 dostarczane jest do zespołu komory spalania 1232 przez kanał zasilający 1215.

PL 198 811 B1

Spalany w urządzeniu spalającym 1200 gaz o niskim stężeniu 1210 dostarczany jest do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu 1212 przez kanał zasilający 1211. Pompa próżniowa 1220 dostarcza powietrze otaczające pod ciśnieniem do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło 1225 przez kanał 1221. Nieznacznie podgrzane powietrze opuszcza komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło 1225 przez kanał 1255, po czym dostarczane jest do wymiennika ciepła 1260 urządzenia spalającego 1201. Wstępnie ogrzane powietrze opuszcza wymiennik ciepła 1260 przez kanał 1280. To wstępnie ogrzane powietrze jest najpierw dostarczane przez kanał zasilający 1281 do zespołu komory spalania 1230 urządzenia spalającego 1200, po czym przez kanał zasilający 1282 do zespołu komory spalania 1232 urządzenia spalającego 1201.

Oprócz ujawnionych powyżej elementów, wykorzystywane są różne elementy przedstawione na rysunkach w konturach lub w postaci blokowej, przy czym te poszczególne elementy są powszechnie znane, zaś ich wewnętrzna budowa i sposób działania nie są krytyczne zarówno dla konstrukcji i eksploatacji przedmiotu wynalazku, jak i w opisie korzystnych wykonań wynalazku.

Pomimo, że niniejszy wynalazek został opisany w odniesieniu do wykonań, które są obecnie uznawane za korzystne, należy zauważyć, że wynalazek nie jest przedstawionymi tu wykonaniami ograniczony. Przeciwnie, wynalazek obejmuje różne modyfikacje i równoważne układy, które mieszczą się w duchu i zakresie załączonych zastrzeżeń patentowych. Zastrzeżenia patentowe powinny być interpretowane jak najszerzej, tak by ich zakres obejmował wszystkie modyfikacje, równoważne konstrukcje i funkcje.

Zastosowanie przemysłowe

Ujawniony tu aparat spalający pracujący przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego oraz sposób jego działania mogą być wykorzystane do spalania palnego gazu o niskim stężeniu. Aparat zawiera urządzenie spalające pracujące w ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego posiadające komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu, zespół komory spalania, sekcję rekuperacji oraz wylot, element dostarczający gaz o niskim stężeniu doprowadzający gaz o niskim stężeniu do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu, komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło oraz umieszczoną w urządzeniu spalającym komorę zawierającą wstępnie ogrzane powietrze, kanał zasilający, dostarczający powietrze otaczające pod ciśnieniem doprowadzający powietrze otaczające pod ciśnieniem do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło, kanał zasilający, dostarczający wstępnie ogrzane powietrze doprowadzający wstępnie ogrzane powietrze do komory zawierającej wstępnie ogrzane powietrze, wylot kanału gazowego doprowadzający gaz o niskim stężeniu z komory zawierającej gaz o niskim stężeniu do zespołu komory spalania oraz wylot kanału powietrznego doprowadzający wstępnie ogrzane powietrze z komory zawierającej wstępnie ogrzane powietrze do zespołu komory spalania. Komora wyrównująca ciśnienie/rozpraszająca ciepło umożliwia wymianę ciepła między komorą zawierającą gaz o niskim stężeniu, komorą zawierającą wstępnie ogrzane powietrze oraz zespołem komory spalania a powietrzem otaczającym pod ciśnieniem znajdującym się w komorze wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło. Spalanie gazu o niskim stężeniu i wstępnie ogrzanego powietrza zachodzi w zespole komory spalania przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego.

Claims (12)

1. Aparat spalający, pracujący przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego zawierający urządzenie spalające posiadające komorę zawierającą gaz o niskim stężeniu, zespół komory spalania, wylot kanału gazowego doprowadzający gaz o niskim stężeniu z komory zawierającej gaz o niskim stężeniu do zespołu komory spalania, sekcję rekuperacji oraz wylot; znamienny tym, że zawiera kanał zasilający (411), doprowadzający gaz o niskim stężeniu do komory zawierającej gaz o niskim stężeniu (412); komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło (425) oraz umieszczoną w urządzeniu spalającym (400) komorę, zawierającą wstępnie ogrzane powietrze (526); kanał zasilający (421), doprowadzający powietrze otaczające pod ciśnieniem do komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło (425); kanał (465) doprowadzający wstępnie ogrzane powietrze do komory zawierającej wstępnie ogrzane powietrze (526); oraz wylot (527) doprowadzający wstępnie ogrzane powietrze z komory zawierającej wstępnie ogrzane powietrze (526) do zespołu komory spalania (430), przy czym komora wyrównująca ciśnienie/rozpraszająca ciepło (425) stanowi element wymieniający ciepło między komorą zawierającą gaz o niskim stężeniu (412), komorą zawierającą wstępnie ogrzane powietrze (526) oraz zespołem komory spalania (430) a powietrzem otaczającym pod ciśnieniem znajdującym się w komorze wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło (425).

PL 198 811 B1

2. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że komora zawierająca wstępnie ogrzane powietrze (526) umieszczona jest wewnątrz komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło (425).

3. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada ponadto pompę próżniową (420) zwiększającą ciśnienie powietrza otaczającego do wartości od około 689 Pa do około 69 kPa.

4. Aparat według zastrz. 3, znamienny tym, że ciśnienie powietrza otaczającego zwiększane jest do wartości od około 689 Pa do około 34,5 kPa.

5. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada ponadto podgrzewacz ogrzewający wstępnie ogrzane powietrze do temperatury od około 93°C do około 538°C.

6. Aparat według zastrz. 5, znamienny tym, że powietrze jest wstępnie ogrzewane do temperatury od około 93°C do około 316°C.

7. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że powietrze otaczające pod ciśnieniem opuszczające komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło (425) jest ogrzewane w komorze wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło (425) do temperatury nie przekraczającej około 260°C.

8. Aparat według zastrz. 7, znamienny tym, że powietrze otaczające pod ciśnieniem opuszczające komorę wyrównującą ciśnienie/rozpraszającą ciepło (425) jest ogrzewane w komorze wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło (425) do temperatury nie przekraczającej około 149°C.

9. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada ponadto znajdujący się w sekcji rekuperacji urządzenia spalającego wymiennik ciepła (460), wstępnie ogrzewający prowadzane powietrze.

10. Aparat według zastrz. 9, znamienny tym, że posiada ponadto kanał (455), usuwający powietrze otaczające pod ciśnieniem z komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło (425), oraz kanał doprowadzający, który dostarcza usunięte powietrze do wymiennika ciepła (460).

11. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że wyposażony jest ponadto w znajdujące się na zewnątrz urządzenia spalającego (400) źródło ciepła (675), które wstępnie ogrzewa wprowadzane powietrze.

12. Aparat według zastrz. 11, znamienny tym, że posiada ponadto kanał (674), usuwający powietrze otaczające pod ciśnieniem z komory wyrównującej ciśnienie/rozpraszającej ciepło (425), oraz kanał doprowadzający, który dostarcza usunięte powietrze do zewnętrznego źródła ciepła (675).