PL199728B1

PL199728B1 - Palnik na paliwo stałe, sposób spalania i urządzenie spalające

Info

Publication number: PL199728B1
Application number: PL357121A
Authority: PL
Inventors: Hirofumi Okazaki; Masayuki Taniguchi; Toshikazu Tsumura; Yoshitaka Takahashi; Kouji Kuramashi
Original assignee: Babcock Hitachi Kk; Hitachi Ltd
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2008-10-31
Also published as: CA2625463A1; CA2410725C; US20040211345A1; CA2625463C; EP1312859B1; PL357121A1; US20050092220A1; EP1312859A1; US20070079736A1; DE60223644T2; US6889619B2; DE60223644D1; KR20030040183A; US7168374B2; CA2410725A1; US7665408B2; AU2002301911B2; KR100515013B1

Abstract

Palnik na paliwo stałe wykorzystuje gaz o niskim stężeniu tlenu, transportujący paliwo stałe o niskiej jakości na przykład węgiel brunatny lub podobne oraz zawiera środki do przyspieszania zapłonu paliwa i środki do zapobiegania występowania oblepiania powodowanego popiołem ze spalania. Mieszanie paliwa z powietrzem wewnątrz dyszy paliwowej (11) jest przyspieszane przez umieszczenie w kanale przepływowym dyszy paliwowej (11) dodatkowej dyszy powietrznej (12) i separatora (35) do rozdzielenia kanału przepływowego, przy czym wylot dodatkowej dyszy powietrznej (12) jest ustawiony w takim położeniu, że zasłania separator (35) w kierunku prostopadłym do osi palnika i powietrze dodatkowe jest wyrzucane w kierunku w przybliżeniu prostopadłym do kierunku przepływu strugi paliwowej przepływającej przez dyszę paliwową (11) gdzie ilość powietrza z dodatkowej dyszy powietrznej (12) jest zmieniana zależnie od obciążenia spalania.

Description

Przedmiotem wynalazku jest palnik na paliwo stałe, sposób spalania i urządzenie spalające.

W szczególności, przedmiotem wynalazku jest palnik na paliwo stałe, do spalania paliwa stałego przy transportowaniu paliwa stałego z wykorzystaniem strumienia gazu, a zwłaszcza palnik na paliwo stałe nadający się do pulweryzacji, transportowania z wykorzystaniem strumienia gazu i następnie spalania w zawiesinie, paliwa zawierającego dużą ilość wilgoci i substancji lotnych z wykorzystaniem palnika na paliwo stałe, sposób spalania oraz urządzenie do spalania zaopatrzone w palnik na paliwo stałe.

Drewno, torf i węgiel o niskim stopniu uwęglenia, jak na przykład węgiel brunatny i lignit, wyróżniają się dużą zawartością wilgoci. Poza tym, uwzględniając podział składników paliwa na substancje lotne uwalniające się jako gazy przy nagrzewaniu, substancję węglową (węgiel odgazowany) w postaci stałej, popiół jako substancję niepalną i wilgoć, można powiedzieć, że te paliwa zawierają dużo wilgoci i substancji lotnych, a mało substancji węglowej. Poza tym, te paliwa mają niską wartość kaloryczną w porównaniu z węglem o dużym stopniu uwęglenia, jak węgiel kamienny i antracyt, i mają zwykle niską ścieralność lub zdolność pulweryzacyjną. Poza tym paliwa te mają właściwość w postaci niskiej temperatury topnienia popiołu pozostałego ze spalania.

Ponieważ te paliwa stałe zawierają wiele substancji lotnych, to mają skłonność do samozapłonu w procesie magazynowania, w procesie pulweryzacji i procesie transportu w atmosferze powietrznej, i zgodnie z tym, są trudne w obchodzeniu się z nimi w porównaniu z węglem kamiennym. W przypadku pulweryzacji tych paliw do spalania, w celu zapobieżenia samozapłonowi wykorzystuje się mieszany gaz, złożony z gazu spalinowego i powietrza o zmniejszonym stężeniu tlenu, w charakterze gazu do transportowania paliwa. Odlotowe gazy spalinowe zmniejszają stężenie tlenu, osłabiając reakcję utleniania (spalania) paliwa i zapobiegając samozapłonowi. Z drugiej strony ciepło retencyjne odlotowych gazów spalinowych oddziałuje osuszająco przez odparowanie wody z paliwa.

Jednakowoż, kiedy paliwo jest wyrzucanie z palnika, reakcja utleniania paliwa transportowanego przez gaz transportujący jest ograniczona zawartością tlenu wokół paliwa. Zatem, prędkość spalania jest niewielka w porównania z prędkością w przypadku paliwa transportowanego powietrzem. Ponieważ reakcja utleniania paliwa jest zwykle aktywowana po zmieszaniu z powietrzem wyrzucanym z dyszy powietrznej, to prędkość spalania jest okreś lana przez prędkość mieszania z powietrzem. Przy tym czas pełnego spalania paliwa jest dłuższy, niż czas pełnego spalania w przypadku transportowania paliwa powietrzem, i odpowiednio, wzrasta ilość nie spalonych składników lub węgla na wyjściu pieca. Poza tym niska jest temperatura płomienia, ponieważ spalanie jest wolne. W rezultacie trudne jest wykorzystanie reakcji redukcji tlenków azotu NOx do azotu, uruchamianej w strefie redukcji NOx o wysokiej temperaturze (około 1000°C lub powyżej), i odpowiednio do tego występuje stężenie NOx na wyjściu pieca wyższe, niż w przypadku transportowania paliwa za pomocą powietrza.

W charakterze sposobu przyspieszania spalania zapł onu paliwa transportowanego przez gaz transportujący o małym stężeniu tlenu, wykorzystuje się sposób polegający na umieszczeniu dodatkowej dyszy powietrznej przed dyszą paliwową dla zwiększenia stężenia tlenu w gazie transportującym paliwo. Na przykład palnik na paliwo stałe, zawierający dodatkową dyszę powietrzną na zewnątrz dyszy paliwowej jest przedmiotem japońskiego zgłoszenia patentowego o numerze wyłożeniowym 10-732208.

Poza tym, w japońskim zgłoszeniu patentowym o numerze wyłożeniowym 11-148610 przedstawiono palnik na paliwo stałe, który przyspiesza mieszanie paliwa z powietrzem na wyjściu dyszy paliwowej, przez umieszczenie dodatkowej dyszy powietrznej w środku dyszy paliwowej.

Każdy z opisanych powyżej konwencjonalnych palników na paliwo stałe przyspiesza reakcję spalania przez umieszczenie wewnątrz dyszy paliwowej dodatkowej dyszy powietrznej, dla przyspieszenia mieszania paliwa stałego z powietrzem. W tym przypadku korzystne jest, jeżeli struga paliwa złożona z płynu będącego mieszaniną paliwa stałego i gazu transportującego paliwo stałe jest dostatecznie wymieszana z powietrzem wyrzucanym z dodatkowej dyszy powietrza na wyjściu dyszy paliwowej.

Jednakowoż, kiedy powietrze wyrzucane z dodatkowej dyszy powietrza jest wyrzucane równolegle do kierunku strugi paliwa, mieszanie między strugi paliwowej z powietrzem dodatkowym staje się wolne, ponieważ różnica prędkości między strugą paliwa a strumieniem powietrza jest niewielka.

Ogólnie biorąc, odległość między wylotem dodatkowej dyszy powietrza a wyjściem dyszy paliwowej jest mniejsza, niż 1 m. Prędkość przepływu strugi paliwa jest większa od około 12 m/s. Zatem,

PL 199 728 B1 czas mieszania cząstek paliwa z powietrzem dodatkowym wynosi zaledwie 0,1 sekundy lub poniżej, i odpowiednio do tego cząstki paliwa nie mogą być dostatecznie wymieszane z powietrzem.

Z drugiej strony, w przypadku, kiedy dodatkowa dysza powietrzna jest umieszczona przed, licząc w kierunku strumienia, dyszą paliwową w celu zwiększania czasu mieszania cząstek paliwa z powietrzem dodatkowym w dyszy paliwowej, istnieje możliwość wystąpienia tak zwanego zjawiska zapłonu wstecznego, w którym występuje zapłon wewnątrz dyszy paliwowej. Zatem, odległość od wylotu dodatkowej dyszy powietrza do wylotu dyszy paliwowej nie może być wydłużona.

Z drugiej strony, jeżeli część powietrza dodatkowego jest wyrzucana przez stożkową część iniekcyjną w kierunku przekątnej zgodnie z kierunkiem przepływu, jak to opisano w japońskim zgłoszeniu patentowych o numerze wyłożeniowym 11-148610, to trudne jest dotarcie dodatkowego powietrza do zewnętrznej skrajnej części dyszy paliwowej.

Z opisu patentowego PL 190938 znany jest palnik na pył węglowy, zawierający dyszę pyłu węglowego wydmuchiwania albo wyrzucania mieszaniny pyłu węglowego i powietrza pierwotnego oraz dyszę powietrza drugorzędowego, umieszczoną koncentrycznie dookoła zewnętrznego obwodu dyszy pyłu węglowego, a koncentrycznie dookoła zewnętrznego obwodu dyszy powietrza drugorzędowego jest umieszczona dysza powietrza trzeciorzędowego, natomiast na końcu zewnętrznej ścianki obwodowej dyszy powietrza drugorzędowego jest usytuowana część rozszerzona, w pobliżu której są usytuowane środki zmiany kierunku powietrza drugorzędowego. Środki zmiany kierunku ścieżki przepływu powietrza drugorzędowego są usytuowane promieniowo na zewnątrz pod kątem, zaś strumień powietrza drugorzędowego odchyla się pod kątem 60° - 90° w kierunku promieniowo zewnętrznym względem centralnej osi palnika. Środki zmiany kierunku przepływu powietrza mają postać elementu prowadzącego w postaci płyty, która jest usytuowana na końcu wewnętrznej ścianki obwodowej dyszy powietrza drugorzędowego.

Z opisu patentowego PL 193 565 znany jest sposób stycznego opalania stał ym paliwem py ł owym paleniska, zawierającego szereg skrzyń dmuchowych, z których każda ma szereg przedziałów do wprowadzania do paleniska paliwa i powietrza, polegający na tym, że zasila się palenisko paliwem stałym, doprowadza się do paleniska powietrze pierwotne, przy czym powietrze pierwotne jest tą częścią powietrza doprowadzonego do paleniska, która porywa i przenosi paliwo przez końcówki dysz paliwowych rozmieszczone w przedziałach skrzyni dmuchowej paleniska, a także doprowadza się do paleniska powietrze paliwowe, przy czym powietrze paliwowe jest częścią powietrza doprowadzanego do paleniska przez te same przedziały, w których są rozmieszczone końcówki dysz paliwowych, lecz nie porywającą żadnego paliwa. Powietrze pierwotne i powietrze paliwowe doprowadza się do paleniska w kierunku stycznym do pierwszego umownego koła usytuowanego na ogół w środku paleniska, tak że działają one wzajemnie z paliwem doprowadzonym do paleniska wytwarzając ognistą kulę, i doprowadza się do paleniska górnego powietrze opałowe, przy czym górne powietrze opałowe jest częścią powietrza doprowadzonego do paleniska z miejsca nad najwyższym przedziałem paliwowym, i doprowadza się do paleniska przesunięte powietrze. Przesunięte powietrze jest tą częścią powietrza doprowadzonego do paleniska, która podtrzymuje drugie umowne koło współśrodkowe z pierwszym kołem umownym i mające większą średnicę niż pierwsze koło umowne. Jako całe powietrze doprowadza się do paleniska powietrze składające się z powietrza pierwotnego, powietrza paliwowego, górnego powietrza opałowego i powietrza przesuniętego.

Palnik na paliwo stałe, zawierający dyszę paliwową do wyrzucania płynu mieszanego z paliwa stałego i gazu transportującego i przynajmniej jedną zewnętrzną dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza, umieszczoną na zewnątrz dyszy paliwowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera dodatkową dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza do dyszy paliwowej w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu mieszanego płynu, zaś wylot dodatkowej dyszy powietrznej znajduje się w miejscu usytuowanym w palniku przed, licząc w kierunku przepływu, wylotem dyszy paliwowej.

Dodatkowa dysza powietrzna jest umieszczona w centralnej części dyszy paliwowej.

Dodatkowa dysza powietrzna jest umieszczona w części ścianki separującej, służącej do oddzielania dyszy paliwowej od zewnętrznej dyszy powietrznej.

W dyszy paliwowej jest umieszczony separator do dzielenia kanału przepływowego, przy czym gazem transportującym jest gaz o stężeniu tlenu mniejszym od stężenia tlenu w powietrzu, a ujście dodatkowej dyszy powietrznej znajduje się w miejscu, gdzie wylot pokrywa się z separatorem, przy obserwacji ujścia z kierunku prostopadłego do osi palnika.

PL 199 728 B1

Wewnątrz dyszy paliwowej, po stronie dopływowej wylotu dodatkowej dyszy powietrznej, umieszczona jest przeszkoda, przy czym przeszkoda składa się z części zwężającego się, i z części rozszerzającego się pola przekroju kanału przepływowego wewnątrz dyszy paliwowej, przy czym te części są umieszczone kolejno, część zwężająca, część rozszerzająca, od strony dopływu do palnika.

Dodatkowa dysza powietrzna do wyrzucania powietrza w kierunku w przybliżeniu prostopadłym do kierunku przepływu mieszanego płynu umieszczona jest w części zwężającego się pola przekroju kanału przepływowego przeszkody lub w części rozszerzającego się pola przekroju kanału przepływowego, usytuowanej za, licząc w kierunku przepływu, częścią zwężającego się pola przekroju kanału przepływowego.

Wewnątrz dyszy paliwowej, po stronie dopływowej wylotu dodatkowej dyszy powietrznej, umieszczona jest przeszkoda, przy czym przeszkoda składa się z części zwężającego się, i z części rozszerzającego się pola przekroju kanału przepływowego wewnątrz dyszy paliwowej, przy czym te części są umieszczone kolejno, część zwężająca, część rozszerzająca, od strony dopływu do palnika, i w części końcowej, od strony dopływowej separatora, w kanale przepływowym dyszy paliwowej podzielonej tym separatorem, pole przekroju kanału przepływowego po stronie rozmieszczenia dodatkowej dyszy powietrznej jest większe od pola przekroju kanału przepływowego zwężonego przeszkodą.

Separator jest ukształtowany z cylindrycznej lub stożkowej struktury z cienkiej płytki, zaś palnik na paliwo stałe zawiera element zwężający kanał przepływowy po stronie dopływowej separatora, który zwęża kanał przepływowy od zewnętrznej strony obwodowej dyszy paliwowej, oraz koncentrator po odpływowej stronie elementu zwężającego kanał przepływowy, przy czym koncentrator zwęża kanał przepływowy od strony środkowej osi dyszy paliwowej.

Na przednim końcu ścianki separacyjnej do rozdzielania dyszy paliwowej i zewnętrznej dyszy powietrznej umieszczona jest przeszkoda, przy czym przeszkoda blokuje przepływ paliwa stałego i gazu transportującego to paliwo stałe, wyrzucanego z dyszy paliwowej, i przepływ powietrza wyrzucanego z tej dyszy powietrznej.

Przeszkodę stanowi zębaty pierścień stabilizacyjny płomienia, umieszczony na powierzchni ściany w wylocie dyszy paliwowej.

W zewnę trznej dyszy powietrznej jest zainstalowany zawirowywacz.

Sposób spalania, za pomocą palnika na paliwo stałe, zawierającego dyszę paliwową do wyrzucania płynu mieszanego z paliwa stałego i gazu transportującego i przynajmniej jedną zewnętrzną dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza, umieszczoną na zewnątrz dyszy paliwowej według wynalazku charakteryzuje się tym, że wstrzykuje się powietrze do dyszy paliwowej w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu mieszanego płynu za pomocą dodatkowej dyszy powietrznej usytuowanej w tym palniku na paliwo stałe i mającej wylot usytuowany w tym palniku na paliwo stałe przed, licząc w kierunku przepływu, wylotem dyszy paliwowej i kiedy obciążenie spalania jest niskie, zwiększa się ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej, a kiedy obciążenie spalania jest wysokie, zmniejsza się ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej.

Kiedy obciążenie spalania jest niskie, ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej zwiększa się, a przepływ powietrza dostarczanego z tej zewnętrznej dyszy powietrznej spośród zewnętrznych dysz powietrznych, która jest najbliższa dyszy paliwowej zmniejsza się, czyli zwiększa się intensywność zawirowania; a kiedy obciążenie spalania jest duże, ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej zmniejsza się, a prędkość przepływu powietrza dostarczanego z tej zewnętrznej dyszy powietrznej spośród zewnętrznych dysz powietrznych, która jest najbliższa dyszy paliwowej zwiększa się, czyli zmniejsza się intensywność zawirowania.

Stężenie tlenu w zewnętrznej części obwodowej na płaszczyźnie przekroju wylotu dyszy paliwowej zwiększa się bardziej, niż stężenie tlenu w części centralnej.

Stężenie tlenu i stężenie paliwa w zewnętrznej części obwodowej na płaszczyźnie przekroju wylotu dyszy paliwowej zwiększa się bardziej, niż stężenie tlenu i stężenie paliwa w części centralnej.

Przy wylotowym przekroju dyszy paliwowej, kształtuje się strefę, w której zarówno stężenie paliwa, jak i stężenie tlenu są większe od wartości średnich, odpowiednio, stężenia paliwa i stężenia tlenu; i strefę, w której zarówno stężenie paliwa, jak i stężenie tlenu są mniejsze od wartości średnich, odpowiednio, stężenia paliwa i stężenia tlenu.

Urządzenie spalające, zawierające piec z zespołem palników na paliwo stałe, z których każdy posiada dyszę paliwową, do wyrzucania płynu mieszanego z paliwa stałego i gazu transportującego i przynajmniej jedną zewnętrzną dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza, umieszczoną na zewnątrz dyszy paliwowej, lej samowyładowczy, podajnik węgla, pulweryzator, zasilany paliwem, które

PL 199 728 B1 jest mieszane z gazami spalinowymi odprowadzanymi z górnej części urządzenia spalającego i wewnątrz przewodu odprowadzającego gazy spalinowe w kierunku odpływowym podajnika węgla, rurę paliwową, do podawania rozdrobnionego przez pulweryzator paliwa do palników na paliwo stałe i dmuchawę, do dostarczania powietrza do palników na paliwo stałe, według wynalazku charakteryzuje się tym, że każdy z palników na paliwo stałe zawiera dodatkową dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza do dyszy paliwowej w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu mieszanego płynu, zaś wylot dodatkowej dyszy powietrznej znajduje się w miejscu usytuowanym w tym palniku przed, licząc w kierunku przepływu, wylotem dyszy paliwowej, zaś urządzenie zawiera ponadto detektor płomienia małego obciążenia lub termometr bądź pirometr radiacyjny, do monitorowania płomienia ukształtowanego w każdym z palników na paliwo stałe w warunkach małego obciążenia, detektor płomienia dużego obciążenia lub termometr bądź pirometr radiacyjny, do monitorowania kształtowanych płomieni w pewnym położeniu odległym od palników na paliwo stałe w warunkach dużego obciążenia, oraz środki regulacji, do sterowania ilością powietrza wyrzucanego z dodatkowej dyszy powietrznej na podstawie sygnału z przyrządów pomiarowych.

Przy dużym obciążeniu spalania urządzenia spalającego, płomień paliwa stałego jest oddalony od palnika na paliwo stałe, zaś przy małym obciążeniu spalania urządzenia spalającego, płomień paliwa stałego jest usytuowany bezpośrednio przy wylocie dyszy paliwowej palnika na paliwo stałe.

Palnik na paliwo stałe według wynalazku wykorzystuje gaz o niskim stężeniu tlenu, jako gaz transportujący paliwo stałe o niskiej jakości na przykład węgiel brunatny lub podobne, i zawiera środki do przyspieszania mieszania cząstek paliwa z powietrzem wewnątrz dyszy paliwowej, i tworzenia strefy o podwyższonym stężeniu paliwa i stężeniu tlenu w dyszy paliwowej, co pozwala na stabilne spalanie paliwa w szerokim zakresie od stanu dużego obciążenia do stanu niskiego obciążenia bez zmiany odstępu między wylotem dodatkowej dyszy powietrza a wylotem dyszy paliwowej.

Sposób spalania według wynalazku wykorzystuje palnik na paliwo stałe zawierający środki przyspieszania mieszania cząstek paliwa z powietrzem, umożliwiając stabilne spalanie paliwa.

Jak wspomniano powyżej, palnik na paliwo stałe według wynalazku zawiera dyszę paliwową do wyrzucania mieszanego płynu paliwa stałego i gazu transportującego, dodatkową dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza do dyszy paliwowej w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu mieszanego płynu, i przynajmniej jedną zewnętrzną dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza, przy czym zewnętrzna dysza powietrzna jest umieszczona na zewnątrz dyszy paliwowej, zaś wylot dodatkowej dyszy powietrznej znajduje się w pewnym miejscu w palniku przed, licząc w kierunku przepływu, wylotem dyszy paliwowej.

Dodatkowa dysza powietrzna może być umieszczona w centralnej części dyszy paliwowej, lub może być umieszczona w części ścianki separacyjnej, służącej do oddzielania dyszy paliwowej od zewnętrznej dyszy powietrznej.

Możliwe jest również wykorzystanie sposobu spalania z użyciem palnika na paliwo stałe, w którym przy małym obciążeniu spalania, ilość powietrza doprowadzanego z dodatkowej dyszy powietrznej zostaje zwiększona, a ilość powietrza dostarczanego z zewnętrznej dyszy powietrznej najbliższej dyszy paliwowej między zewnętrznymi dyszami powietrznymi zmniejsza się, lub zwiększa się prędkość zawirowywania; a kiedy obciążenie spalania jest duże, ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej zostaje zmniejszona, a ilość powietrza dostarczanego z zewnętrznej dyszy powietrznej najbliższej dyszy paliwowej między zewnętrznymi dyszami powietrznymi zwiększa się, czyli zmniejsza się intensywność zawirowania.

Palnik na paliwo stałe według niniejszego wynalazku jest palnikiem na paliwo stałe zawierającym dyszę paliwową do wyrzucania paliwa zmieszanego z gazem transportującym; dodatkową dyszą powietrzną do wyrzucania powietrza do dyszy paliwowej w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu płynu mieszanego; i przynajmniej jedną zewnętrzną dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza, przy czym zewnętrzna dysza powietrzna jest rozmieszczona na zewnątrz dyszy paliwowej, a wylot dodatkowej dyszy powietrznej znajduje się w palniku przed, licząc w kierunku przepływu, wylotem dyszy paliwowej.

Dodatkowa dysza powietrzna może być umieszczona w centralnej części dyszy paliwowej, lub ściance separacyjnej zewnętrznej dyszy powietrznej.

Kiedy dodatkowy strumień powietrza jest wyrzucany z dodatkowej dyszy powietrznej prawie prostopadle do kierunku strumienia paliwa, mieszanie strumienia paliwa z powietrzem dodatkowym jest nasilone, ponieważ różnica prędkości między cząstkami paliwa a powietrzem dodatkowym jest większa od różnicy prędkości w przypadku wyrzucania dodatkowego strumienia powietrza z dodatko6

PL 199 728 B1 wej dyszy powietrznej równolegle do kierunku strumienia paliwa. W szczególności, ponieważ gęstość cząstek paliwa jest większa niż gazu, to cząstki paliwa mieszane są ze strumieniem powietrza dodatkowego siłą bezwładności.

Przy tym, ponieważ gaz transportowy o małym stężeniu tlenu wokół cząstek paliwa jest oddzielony od tych cząstek paliwa, to stężenie tlenu wokół cząstek tlenu staje się wyższe, niż stężenie tlenu gazu transportowego. Zatem, po wyrzucie z dyszy paliwowej następuje przyspieszenie reakcji w spalania przez zwiększenie stężenia tlenu, i zgodnie z tym przy wylocie dyszy paliwowej kształtuje się stabilny płomień.

Równocześnie przy wyrzucie powietrza z dodatkowej dyszy powietrznej w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu strumienia paliwa, dla zwiększenia stężenia tlenu wzdłuż zewnętrznej ściany przegrody, a wzdłuż wewnętrznego obwodu zewnętrznej ściany działowej dyszy paliwowej kształtowany jest obszar o dużym stężeniu paliwa i obszar o dużym stężeniu tlenu. W wyniku tego, po wyrzucie z dyszy paliwowej, reakcja spalania postępuje przy dużym stężeniu tlenu przy ustabilizowanym tworzeniu płomienia przy wylocie dyszy paliwowej.

Pulweryzowany węgiel przepływający wzdłuż i w pobliżu powierzchni ściany dyszy paliwowej ma zwiększoną możliwość zetknięcia się z powietrzem wyrzucanym z zewnętrznej dyszy powietrznej w pobliżu wylotu dyszy paliwowej. Poza tym, pulweryzowany węgiel jest skłonny do zapłonu w styku z gazem o wysokiej temperaturze strumienia cyrkulacyjnego za pierś cieniem stabilizacji pł omienia, jak to opisano w dalszej części opisu.

Dodatkowa dysza powietrzna może wyrzucać powietrze ze ścianki separacyjnej na obwodzie w kierunku środka lub może wyrzucać powietrze z centralnej części dyszy paliwowej w stronę zewnętrzną.

Korzystne jest, jeżeli dodatkowa dysza powietrzna jest umieszczona na części, gdzie rozszerza się kanał przepływowy dyszy paliwowej. Siła bezwładności cząstek paliwa jest duża w porównaniu z siłą bezwł adnoś ci gazu. Przy umieszczeniu wylotu dodatkowej dyszy powietrznej w rozszerzającej się części kanału przepływowego, gdzie trudna do indukowania jest składowa prędkości od kanału przepływowego do powierzchni ściany, jest możliwe osłabienie wnikania lub gromadzenia się cząstek paliwa w dodatkowej dyszy powietrznej.

Poza tym, według niniejszego wynalazku proponuje się palnik na paliwo stałe zawierający dyszę paliwową do wyrzucania mieszanego płynu złożonego z paliwa stałego z gazem transportującym; przynajmniej jedną dyszę powietrzną, przy czym dysza powietrzna jest rozmieszczona na zewnątrz dyszy paliwowej; dodatkową dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza do dyszy paliwowej w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu; i separator do dzielenia kanału przepływowego, przy czym separator jest umieszczony w dyszy paliwowej, zaś gazem transportującym jest gaz o stężeniu tlenu mniejszym od stężenia tlenu w powietrzu, a ujście dodatkowej dyszy powietrznej znajduje się w miejscu, gdzie wylot pokrywa się z separatorem, przy obserwacji ujścia z kierunku prostopadłego do osi palnika.

Możliwe jest zastosowanie przeszkody wewnątrz dyszy paliwowej, przy czym przeszkoda składa się z części zwężającej, i z części rozszerzającej pole przekroju kanału przepływowego wewnątrz dyszy paliwowej, przy czym te części, część zwężająca, część rozszerzająca, są umieszczone kolejno od strony dopływu do palnika.

W części końcowej, przed, liczą c w kierunku przepł ywu, separatorem w kanale przepł ywowym dyszy paliwowej podzielonej tym separatorem, pole przekroju kanału przepływowego po stronie rozmieszczenia dodatkowej dyszy powietrznej może być większe od pola przekroju kanału przepływowego zwężonego przeszkodą.

Dodatkowa dysza powietrzna jest niekiedy umieszczana w zewnętrznej części ściany separacyjnej dyszy paliwowej.

Możliwe jest ukształtowanie separatora z cylindrycznej lub stożkowej struktury z cienkiej płytki, i zaopatrzenie palnika na paliwo stałe w element zwężający kanał przepływowy przed separatorem, licząc w kierunku przepływu, przy czym element do zwężania kanału przepływowego zwęża kanał przepływowy od zewnętrznej strony obwodowej dyszy paliwowej; oraz koncentrator po odpływowej stronie elementu zwężającego, przy czym koncentrator zwęża kanał przepływowy od strony środkowej osi dyszy paliwowej.

W dowolnym z opisanych powyżej palników na paliwo stałe palnik na paliwo stałe może zawierać pewną przeszkodę na przednim końcu ścianki separacyjnej do rozdzielania dyszy paliwowej i dyszy powietrznej, przy czym przeszkoda blokuje przepływ paliwa stałego i gazu transportującego paliwo

PL 199 728 B1 stałe, wyrzucanego z dyszy paliwowej i przepływ powietrza wyrzucanego z dyszy powietrznej. Przeszkodę stanowi niekiedy zębaty pierścień stabilizacyjny płomienia, umieszczony na powierzchni ściany w wylocie dyszy paliwowej.

W dyszy powietrznej moż e być zainstalowany zawirowywacz.

W wylocie dyszy powietrznej moż e być umieszczona prowadnica do wyznaczania kierunku wyrzucanego powietrza.

Zgodnie z tymi sposobami spalania, wykorzystującymi palnik na paliwo stałe, możliwe jest stosowanie sposobu spalania, który wykorzystuje taki palnik na paliwo stałe, że kiedy obciążenie spalania jest niskie, zwiększa się ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej; a kiedy obciążenie spalania jest wysokie, ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej zmniejsza się.

Niekiedy stosuje się sposób spalania wykorzystujący palnik na paliwo stałe, w którym, kiedy obciążenie spalania jest małe, ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej jest zwiększana a przepływ powietrza dostarczanego z dyszy powietrznej się zmniejsza, a kiedy obciążenie spalania jest duże, ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej jest zmniejszana a przepływ powietrza dostarczanego z dyszy powietrznej się zwiększa, dzięki czemu stosunek ilości powietrza do ilości paliwa podawanego z palnika na paliwo stałe jest utrzymywana stała.

Możliwe jest zastosowanie sposobu spalania w wykorzystywanym palniku na paliwo stałe, w którym przy wylotowym przekroju dyszy paliwowej, w obszarze centralnym lub obszarze obwodowym kształtowana jest strefa, w której zarówno stężenie paliwa, jak i stężenie tlenu jest większe od wartości średnich stężenia paliwa i stężenia tlenu; a odpowiednio, w obszarze obwodowym lub obszarze centralnym kształtowana jest strefa, w której zarówno stężenie paliwa, jak i stężenie tlenu jest mniejsze od wartości średnich stężenia paliwa i stężenia tlenu. Na przykład, w przypadku kiedy dysza powietrzna jest umieszczona na zewnętrznym obwodzie dyszy paliwowej, korzystne jest, jeżeli na przekroju wylotowym dyszy paliwowej ukształtowana jest zewnętrzna strefa obwodowa, w której zarówno stężenie paliwa, jak i stężenie tlenu jest większe od wartości średnich stężenia paliwa i stężenia tlenu oraz odpowiednio, strefa centralna, w której zarówno stężenie paliwa, jak i stężenie tlenu jest mniejsze od wartości średnich stężenia paliwa i stężenia tlenu.

Ponadto, według niniejszego wynalazku proponuje się urządzenie spalające, które zawiera piec z zespoł em palników na paliwo stał e jednego z opisanych powyż ej rodzajów, lej samowył adowczy, podajnik węgla, pulweryzator zasilany paliwem, które jest mieszane z gazami spalinowymi odprowadzanymi z górnej części urządzenia spalającego i wewnątrz przewodu odprowadzającego gazy odlotowe w kierunku odpływowym podajnika węgla, rurę paliwową do podawania pulweryzowanego paliwa do palników na paliwo stałe, i dmuchawę dostarczającą powietrze do palników na paliwo stałe.

Ponadto, według niniejszego wynalazku proponuje się urządzenie spalające, które zawiera piec z zespołem palników na paliwo stałe jednego z opisanych powyż ej rodzajów; lej samowyładowczy; podajnik węgla, pulweryzator zasilany paliwem, które jest mieszane z gazami spalinowymi odprowadzanymi z górnej części urządzenia spalającego i wewnątrz przewodu odprowadzającego gazy odlotowe w dół do podajnika węgla; rurę paliwową do podawania pulweryzowanego paliwa do palników na paliwo stałe; dmuchawę dostarczającą powietrze do palników na paliwo stałe; detektor płomienia małego obciążenia lub termometr bądź pirometr radiacyjny do monitorowania płomienia ukształtowanego w każdym z palników na paliwo stałe w warunkach małego obciążenia; detektor płomienia dużego obciążenia lub termometr bądź pirometr radiacyjny do monitorowania kształtowanych płomieni w pewnym położeniu odległym od palników na paliwo stałe w warunkach dużego obciążenia; oraz środki regulacji do sterowania ilością powietrza wyrzucaną z dodatkowej dyszy powietrznej na podstawie sygnału z przyrządów pomiarowych.

Kiedy urządzenie spalające jest eksploatowane przy dużym obciążeniu spalania, płomień paliwa stałego jest kształtowany w pewnym położeniu odległym od palnika na paliwo stałe; a kiedy urządzenie spalające jest eksploatowane przy małym obciążeniu spalania, płomień paliwa stałego jest kształtowany w pewnym położeniu bezpośrednio przy wylocie palnika na paliwo stałe.

Palnik na paliwo stałe według niniejszego wynalazku jest szczególnie przydatny w przypadku, kiedy gaz transportujący ma stężenie tlenu poniżej 21% kiedy paliwo stałe zawierające dużo wilgoci i części lotnych, jak węgiel brunatny, lignit itp., drewno lub torf jest pulweryzowane, transportowane z zastosowaniem przepływu płynowego, i spalane w postaci zawiesiny.

Palnik na paliwo stałe według niniejszego wynalazku jest palnikiem na paliwo stałe zawierającym dyszę paliwową do wyrzucania płynu mieszanego złożonego z paliwa stałego z gazem transpor8

PL 199 728 B1 tującym; przynajmniej jedną dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza, przy czym dysza powietrzna jest umieszczona na zewnątrz dyszy paliwowej; dodatkową dyszę do wyrzucania powietrza do wewnątrz dyszy paliwowej w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu zmieszanego płynu; oraz separator do dzielenia kanału przepływowego, przy czym separator jest umieszczony w dyszy paliwowej, i przy czym gaz transportujący jest gazem o stężeniu tlenu mniejszym, niż stężenie tlenu w powietrzu, a ujście dodatkowej dyszy powietrznej znajduje się w miejscu, gdzie wylot pokrywa się z separatorem, przy obserwacji ujś cia z kierunku prostopadł ego do osi palnika.

Dodatkowa dysza powietrzna może być umieszczona w centralnej części dyszy paliwowej, lub w ś ciance separacyjnej zewnę trznej dyszy powietrznej. Z punktu widzenia zapobiegania ś cieraniu powodowanemu cząstkami paliwa, korzystne jest, jeżeli dodatkowa dysza powietrzna jest umieszczona w ściance separacyjnej dyszy paliwowej, przy czym wylot dodatkowej dyszy powietrznej jest umieszczony w położeniu w palniku przed, licząc w kierunku przepływu, wylotem dyszy paliwowej.

Kiedy dodatkowy strumień powietrza jest wyrzucany z dodatkowej dyszy powietrznej prawie prostopadle do kierunku strumienia paliwa, mieszanie strumienia paliwa z powietrzem dodatkowym jest nasilone, ponieważ różnica prędkości między cząstkami paliwa a powietrzem dodatkowym jest większa od różnicy prędkości w przypadku wyrzucania dodatkowego strumienia powietrza z dodatkowej dyszy powietrznej równolegle do kierunku strumienia paliwa. W szczególności, ponieważ gęstość cząstek paliwa jest większa, niż gazu to cząstki paliwa mieszane są ze strumieniem powietrza dodatkowego siłą bezwładności.

Według niniejszego wynalazku, ponieważ ujście dodatkowej dyszy powietrznej znajduje się w miejscu, gdzie wylot pokrywa się z separatorem, kiedy wylot ten jest widziany z kierunku prostopadłego do osi palnika, to dodatkowy strumień powietrza wyrzucany z dodatkowej dyszy powietrznej jest mieszany tylko w kanale przepływowym po stronie powietrza dodatkowego, znajdującym się między dodatkową dyszą powietrzną a separatorem w dyszy paliwowej, ponieważ separator zakłóca przepływ. Ponieważ dodatkowy strumień powietrza mieszany jest z paliwem w kanale przepływowym powietrza dodatkowego, to opór przepływu dla strumienia paliwa się zwiększa. Zatem, kiedy przepływ strugi paliwa zwiększa się, gaz transportujący płynie pomijając kanał dodatkowego przepływu powietrza.

Jednakowoż, cząstki paliwa mają silniejszą tendencję do przepływu na wprost w wyniku dużej w porównaniu z gazem siły bezwładności, i cząstki paliwa przepływają na stronę kanału przepływowego powietrza dodatkowego. Po stronie kanału przepływowego separatora powietrza dodatkowego, zmniejszenie przepływu cząstek paliwa jest mniejsze od zmniejszenia przepływu gazu transportującego.

W wyniku tego, gaz transportujący zostaje zastąpiony dodatkowym strumieniem powietrza, i odpowiednio do tego stężenie tlenu wokół cząstek paliwa staje się większe, niż stężenie tlenu w gazie transportującym. Po wyrzuceniu z dyszy paliwa, reakcja spalania postępuje przy dużym stężeniu tlenu, z ustabilizowanym tworzeniem płomienia przy wylocie dyszy paliwowej.

W celu zapobież enia zapł onowi wstecznemu, lub wypaleniu si ę z utworzeniem pł omienia wewnątrz dyszy paliwowej, korzystne jest, jeżeli czas pozostawania paliwa w dyszy paliwowej jest krótszy od czasu opóźnienia zapłonu paliwa (w przybliżeniu 0,1 sekundy). Ponieważ gaz transportujący paliwo płynie wewnątrz dyszy paliwowej z prędkością przepływu wynoszącą 12 do 20 m/s, odległość wylotu dyszy paliwowej od ujścia dodatkowej dyszy powietrznej jest mniejsza niż 1 m.

Korzystne jest, jeżeli w dyszy paliwowej palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku jest rozmieszczony element zwężający kanał przepływowy. Za pomocą elementu zwężającego kanał przepływowy, pole przekroju dyszy paliwowej od strony dopływu palnika najpierw się zwęża i stopniowo rozszerza do pierwotnego rozmiaru. Ponieważ prędkość przepływu gazu transportującego paliwo wewnątrz dyszy paliwowej przy zmniejszeniu pola przekroju kanału przepływowego zwiększa się, to jest możliwe zapobieżenie propagacji zapłonu wstecznego do wcześniejszej części kanału przepływowego, nawet jeżeli płomień powstaje wewnątrz dyszy paliwowej w wyniku wystąpienia chwilowego zmniejszenia się prędkości przepływu.

Korzystne jest przy tym, jeżeli w celu zmniejszenia oporu przepływu gazu transportującego paliwo, element zwężający kanału przepływowego ma kształt płynnie zmieniający pole powierzchni przekroju kanału przepływowego, na przykład zwężki Venturiego.

Poza tym, przy stosowaniu dyszy paliwowej zaopatrzonej wewnątrz w koncentrator złożony z części zwężającej i z części zwiększającej pole przekroju kanału przepływowego wewnątrz dyszy paliwowej rozmieszczonych w tej kolejności od strony dopływowej palnika, to w cząstkach paliwa następuje indukowanie składowej prędkości, skierowanej w kierunku obwodu zewnętrznego wzdłuż koncentratora. Ponieważ siła bezwładności cząstek paliwa jest większa, niż gazu transportującego, to

PL 199 728 B1 cząstki paliwa niejednakowo przed dojściem do wylotu dyszy przepływają przy wewnętrznej powierzchni ściany dyszy paliwa. W wyniku tego na wewnętrznej powierzchni ściany dyszy paliwowej powstaje strumień o dużym stężeniu paliwa.

Przy tym, w przypadku, kiedy wylot dodatkowej dyszy powietrznej znajduje się w miejscu zasłoniętym separatorem, przy obserwacji z kierunku prostopadłego do osi palnika, przy wyrzucie powietrza z dodatkowej dyszy powietrznej w kierunku w przybliż eniu prostopadł ym do kierunku przepł ywu strugi paliwa, ze zwiększeniem stężenia tlenu wzdłuż wewnętrznej powierzchni ściany dyszy paliwowej, wzdłuż tej wewnętrznej powierzchni ściany dyszy paliwowej powstaje obszar o dużym stężeniu tlenu i dużym stężeniu paliwa. W wyniku tego, po wyrzucie z dyszy paliwowej, reakcja spalania postępuje przy dużym stężeniu tlenu z ustabilizowanym tworzeniem płomienia przy wylocie dyszy paliwowej.

Cząstki paliwa płynące wzdłuż wewnętrznego obwodu zewnętrznej strony ścianki separacyjnej dyszy paliwowej są mieszane z powietrzem wyrzucanym z dyszy powietrznej po zewnętrznej stronie dyszy paliwowej w położeniu blisko wylotu dyszy paliwowej. Poza tym, pulweryzowany węgiel jest skłonny do zapłonu w styku z gazem o wysokiej temperaturze strumienia cyrkulacyjnego za pierścieniem stabilizacji płomienia, co opisano w dalszej części opisu.

Powyżej opisano sposób, w którym stężenie tlenu w mieszanym płynie, złożonym z paliwa i gazu transportującego, płynącym w kanale przepływowym o stronie zewnętrznej między kanałami przepływowymi rozdzielonymi separatorem umieszczonym w dyszy paliwowej, zwiększa się przez rozmieszczenie dodatkowych dysz powietrznych na wewnętrznym obwodzie zewnętrznej strony ściany separacyjnej dyszy paliwowej i wyrzucanie dodatkowego powietrza w stronę osi środkowej palnika.

Z drugiej strony, ten sam efekt można osiągnąć za pomocą sposobu polegającego na tym, że stężenie tlenu mieszanego płynu, złożonego z paliwa i gazu transportującego, płynącego w kanale przepływowym po stronie wewnętrznej między kanałami przepływowymi rozdzielonymi separatorem umieszczonym w dyszy paliwowej, zwiększa się przez rozmieszczenie dodatkowych dysz powietrznych na zewnętrznym obwodzie wewnętrznej strony ściany separacyjnej dyszy paliwowej i wyrzucanie dodatkowego powietrza na zewnątrz od osi środkowej palnika.

Korzystne jest, jeżeli jeśli przeszkoda (pierścień stabilizacyjny płomienia) do zaburzania przepływu mieszaniny stałego paliwa z powietrzem wyrzucanym z dysz powietrznych, jest umieszczona w przedniej części ścianki separacyjnej między dyszą paliwową i zewnętrzną dyszą powietrzną. Ciśnienie zmniejsza się po stronie współprądowej pierścienia stabilizacyjnego płomienia aby utworzyć przepływ cyrkulacyjny od strony współprądowej do strony przeciwprądowej. Wewnątrz przepływu cyrkulacyjnego, powietrze, paliwo i gaz transportujący paliwo wyrzucany z grupy dysz w stronie zewnętrznej, i gaz o wysokiej temperaturze ze strony odpływowej są w bezruchu. W rezultacie, temperatura wewnątrz przepływu cyrkulacyjnego staje się wysoka i działa jak źródło zapłonu strumienia paliwa. Zatem od części wylotowej dyszy paliwowej powstaje stabilnie ukształtowany płomień.

Kiedy zębaty pierścień stabilizacyjny płomienia jest umieszczony w wylocie dyszy paliwowej w kierunku blokowania strumienia paliwa, zaburzanie strumienia paliwa zwię kszane jest przez pierścień stabilizacyjny płomienia i następuje mieszanie strumienia paliwa z powietrzem, reakcja spalania postępuje i następuje przyspieszenie zapłonu paliwa.

Palnik na paliwo stałe według niniejszego wynalazku jest w stanie zmieniać ilość powietrza wyrzucanego z dodatkowej dyszy powietrznej odpowiednio do obciążenia spalania.

Kiedy obciążenie spalania jest małe, ilość powietrza wyrzucanego z dodatkowej dyszy powietrznej jest zwiększana. W tym przypadku, ponieważ stężenie tlenu wewnątrz dyszy paliwowej jest zwiększone o powietrze wyrzucane z dyszy powietrza dodatkowego, to reakcja spalania paliwa zostaje przyspieszona o więcej, niż w przypadku małego stężenia tlenu, i odpowiednio do tego zapłon paliwa ulega przyspieszeniu powodując utworzenie płomienia w położeniu bliższym dyszy paliwowej.

Kiedy obciążenie spalania jest duże, ilość powietrza wyrzucanego z dodatkowej dyszy powietrznej jest zmniejszana. W tym przypadku, stężenie tlenu wewnątrz dyszy paliwowej jest małe, reakcja spalania paliwa nie zostaje przyspieszona, i odpowiednio do tego płomień powstaje w położeniu wewnątrz urządzenia spalającego, dalszym od dyszy paliwowej.

Kiedy temperatura palnika na paliwo stałe lub ściany urządzenia spalającego jest nadmiernie wysoka, to do konstrukcji palnika na paliwo stałe i ściany pieca przywiera popiół powodując zjawisko zwane oblepianiem, polegające na narastaniu przyczepionej substancji.

Według niniejszego wynalazku, w miarę oddzielania się płomienia od palnika na paliwo stałe w urzą dzeniu spalają cym, temperatura palnika na paliwo stał e lub ś ciany urzą dzenia spalają cego na zewnątrz palnika na paliwo stale spada, dzięki czemu można wyeliminować zjawisko oblepiania.

PL 199 728 B1

Przy zmianie ilości powietrza wyrzucanego z dodatkowej dyszy powietrznej na podstawie wskazań termometru bądź pirometru radiacyjnego lub detektora płomienia umieszczonego w palniku na paliwo stałe lub na ścianie pieca wokół palnika na paliwo stałe, można sterować miejscem tworzenia się płomieni palników na paliwo stałe.

Powyższy opis sporządzono dla przypadku, kiedy temperatura topnienia popiołu ze spalania paliwa stałego jest niska, i odpowiednio występuje skłonność do występowania oblepiania. W przypadku, kiedy temperatura topnienia popiołu ze spalania paliwa stałego jest niska lub małe jest termiczne obciążenie pieca, i odpowiednio do tego oblepianie nie stanowi problemu, płomień palnika na paliwo stałe może powstawać od wylotu dyszy paliwa.

Z drugiej strony, kiedy obciążenie spalania jest niewielkie, korzystne jest sterowanie iloś cią powietrza, tak aby stosunek ogólnej ilości powietrza dostarczanego z dyszy powietrznej i dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej do ilości powietrza niezbędnej do pełnego spalania substancji lotnych, to znaczy stosunek powietrza do substancji lotnych może wynieść od 0,85 do 0,95.

Kiedy obciążenie spalania jest małe, trudne jest utrzymanie stabilnego spalania. Zatem, przy ustawieniu stosunku powietrza do substancji lotnych na 0,85 do 0,95, łatwo jest utrzymać stabilne spalanie. Ilość ciepła promieniowanego do dyszy paliwa stałego i ściany urządzenia spalającego można regulować przez zmianę ilości powietrza dla zmiany położenia miejsca powstawania płomienia wewnątrz urządzenia spalającego.

W warunkach obciążenia dużego, korzystne jest, jeż eli płomień powstaje w miejscu odległym od palnika na paliwo stałe, ponieważ obciążenie termiczne w urządzeniu spalającym jest wysokie.

Zgodnie ze sposobem spalania wykorzystującym palnik na paliwo stałe według niniejszego wynalazku w warunkach dużego obciążenia urządzenia spalającego, paliwo jest zapalane w miejscu odległym od palnika na paliwo stałe, a płomień jest tworzony w centralnej części urządzenia spalającego. W celu monitorowania płomienia powstającego w warunkach dużego obciążenia, korzystne jest monitorowanie płomienia w środkowej części urządzenia spalającego, gdzie schodzą się płomienie palników na paliwo stałe.

W warunkach małego obciążenia, ponieważ obciążenie termiczne wewną trz urzą dzenia spalającego jest małe, to temperatura palnika na paliwo stałe i temperatura ściany urządzenia spalającego wokół palnika na paliwo stałe jest niższa, niż temperatura w warunkach wysokiego obciążenia, i odpowiednio do tego oblepianie prawie nie występuje, nawet jeżeli płomień znajduje się blisko palnika na paliwo stałe.

W warunkach małego obciążenia urządzenia spalającego, paliwo jest zapalane tworząc płomień w pobliżu palnika na paliwo stałe. Równocześnie płomienie powstają w poszczególnych znajdujących się obok siebie palnikach na paliwo stałe, i niekiedy w urządzeniu spalającym kształtowane są takie niezależne ramy. Poza tym, temperatura w piecu jest niższa od temperatury w warunkach dużego obciążenia, a czas pełnego spalania paliwa się wydłuża. Dlatego, jeżeli płomień oddziela się od palnika na paliwo stałe, to paliwo może nie być spalone całkowicie przed dojściem do wylotu z pieca, co powoduje obniżenie sprawności spalania i wzrost ilości nie spalonego paliwa. Zatem korzystne jest, jeżeli wszystkie płomienie kształtowane przy wyjściach poszczególnych palników na paliwo stałe są monitorowane.

W palniku na paliwo stał e wedł ug niniejszego wynalazku, powietrze ze strony zewnę trznej moż e być wyrzucane z rozpraszaniem względem osi środkowej palnika przez zastosowanie dyszy powietrza (dyszy powietrznej strony zewnętrznej) na zewnątrz dyszy paliwowej i zastosowanie prowadnicy dla wyznaczenia kierunku wyrzutu powietrza strony zewnętrznej na wyjściu dyszy powietrznej strony zewnętrznej. W przypadku takiej konstrukcji, prędkość paliwa zmniejsza się w pobliżu palnika, ponieważ paliwo rozpręża się wraz z powietrzem strony zewnętrznej, i odpowiednio do tego zwiększa się czas przebywania w pobliżu palnika na paliwo stałe. W rezultacie, przez zwiększenie czasu pozostawania paliwa w piecu można poprawić sprawność spalania w piecu, i można zmniejszyć ilość nie spalonego paliwa.

Przy regulacji prowadnicy do prowadzenia strumienia z najbardziej zewnętrznej dyszy powietrznej umieszczonej najbardziej na zewnątrz, z ustawieniem kąta tak, aby najbardziej zewnętrzny strumień powietrza mógł płynąć wzdłuż poszczególnych palników na paliwo stałe, i wzdłuż ściany urządzenia spalającego znajdującej się po zewnętrznej stronie tych palników, powietrze strony zewnętrznej może chłodzić poszczególne palniki na paliwo stałe i ścianę urządzenia spalającego znajdującą się na zewnątrz palników na paliwo stałe, dla powstrzymania zjawiska oblepiania.

PL 199 728 B1

Jako urządzenie spalające zawierające zespół palników na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, znajdujących się na powierzchni ściany urządzenia spalającego nadaje się kocioł opalany biomasą (kocioł opalany drewnem) i tym podobne.

Poprzez rozmieszczenie termometrów bądź pirometrów radiacyjnych w palnikach na paliwo stałe według niniejszego wynalazku lub na powierzchni ściany pieca, znajdującej się na zewnątrz palników na paliwo stałe, urządzenie spalające jest eksploatowane tak, że zmienia się ilość powietrza wyrzucanego z dodatkowej dyszy powietrznej palnika na paliwo stałe. W ten sposób odbywa się regulacja płomieni z ich indywidualnym kształtowaniem na odpowiednich pozycjach w urządzeniu spalającym, odpowiednio do zmian obciążenia spalania.

Wskaźnik, sygnalizujący, czy płomienie są kształtowane w odpowiednich położeniach, czy nie wyznaczany jest na przykład w sposób następujący. Piec jest eksploatowany tak, że przedni koniec płomienia paliwa stałego wewnątrz pieca może być kształtowany w pobliżu powierzchni ściany pieca na zewnątrz wylotu dyszy paliwowej, kiedy piec jest eksploatowany w warunkach małego obciążenia, i tak, że płomień może być kształtowany na pozycji wewnątrz pieca odległej o 0,5 m lub więcej od wylotu dyszy paliwowej, kiedy piec jest eksploatowany w warunkach dużego obciążenia.

Urządzenie spalające jest odpowiednio eksploatowane przy monitorowaniu, z wykorzystaniem detektora płomienia lub wizualnie płomieni w środkowej części lub w pobliżu miejsca w urządzeniu spalającym, gdzie płomienie palników na paliwo stałe według niniejszego wynalazku zbierają się przy pracy urządzenia spalającego w warunkach dużego obciążenia, i przez monitorowanie tych poszczególnych płomieni ukształtowanych w wylotach palników na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, kiedy urządzenie jest pracuje w warunkach małego obciążenia.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania, na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju konstrukcję pierwszej odmiany wykonania palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, przy czym przekrój przedstawia stan, w którym płomień palnika na paliwo stałe jest utworzony w pobliżu przepływu cyrkulacyjnego po stronie odpływowej pierścienia stabilizacji płomienia kiedy palnik na paliwo stałe w pierwszej odmianie wykonania jest wykorzystywany w warunkach małego obciążenia, fig. 2 przedstawia w schematycznym widoku konstrukcję palnika na paliwo stałe według pierwszej odmiany wykonania, widzianej od wewnętrznej strony pieca, fig. 3 przedstawia stan, w którym płomień palnika na paliwo stałe jest utworzony w pobliżu przepływu cyrkulacyjnego po odpływowej stronie pierścienia stabilizującego płomień, kiedy palnik na paliwo stałe w pierwszej odmianie wykonania jest wykorzystywany w warunkach dużego obciążenia, fig. 4 przedstawia w przekroju poziomym konstrukcję urządzenia spalającego wykorzystującą palniki na paliwo stałe w pierwszej odmianie wykonania, fig. 5 przedstawia inny przykład palnika na paliwo stałe przedstawionego na fig. 1, fig. 6 przedstawia w przekroju inny przykład palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, fig. 7 w widoku uproszczonym przedstawia konstrukcję palnika na paliwo stałe wykorzystującą pierścień stabilizacyjny płomienia o innej konstrukcji, przedstawioną od wewnętrznej strony pieca, fig. 8 przedstawia w przekroju konstrukcję palnika na paliwo stałe w drugiej odmianie wykonania, bez koncentratora według niniejszego wynalazku, przy czym widok przedstawia stan, w którym następuje spalanie paliwa wyrzuconego z palnika na paliwo stałe, w warunkach małego obciążenia, fig. 9 przedstawia w przekroju konstrukcję palnika na paliwo stałe w trzeciej odmianie wykonania, według niniejszego wynalazku, przy czym widok przedstawia stan, w którym następuje spalanie paliwa wyrzuconego z palnika na paliwo stałe, w warunkach małego obciążenia, fig. 10 przedstawia konstrukcję urządzenia spalającego wykorzystującego palnik na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, fig. 11 przedstawia w przekroju poziomym urządzenie spalające według fig. 10, fig. 12 w uproszczonym widoku przedstawia konstrukcję innego przykładu urządzenia spalającego wykorzystującego palnik na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, fig. 13 przedstawia w przekroju konstrukcję szóstej odmiany wykonania palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, przy czym widok przedstawia stan, w którym płomień palnika na paliwo stałe jest utworzony w pobliżu przepływu cyrkulacyjnego po stronie odpływowej pierścienia stabilizacyjnego płomienia, kiedy palnik na paliwo stałe w szóstej odmianie wykonania jest wykorzystywany w warunkach małego obciążenia, fig. 14 przedstawia w uproszczonym widoku konstrukcję palnika na paliwo stał e w szóstej odmianie wykonania, widzianego od wewnętrznej strony urządzenia spalającego, fig. 15 przedstawia stan, w którym płomień palnika na paliwo stałe jest utworzony w pobliżu przepływu cyrkulacyjnego po stronie odpływowej pierścienia stabilizacyjnego płomienia, kiedy palnik na paliwo stałe w szóstej odmianie wykonania jest wykorzystywany w warunkach dużego obciążenia, fig. 16 przedstawia inny przykład części dyszowej palnika na paliwo stałe, fig. 17 przedstawia w przekroju siódmą odmianę wykonania palnika na paliwo stałe

PL 199 728 B1 według niniejszego wynalazku, przy czym wewnątrz palnika na paliwo stałe miejsce zainstalowania dodatkowej dyszy powietrznej jest zmienione, fig. 18 przedstawia w przekroju ósmą odmianę wykonania palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, przy czym palnik na paliwo stałe nie ma koncentratora, fig. 19 przedstawia w przekroju strukturę dziewiątej odmiany wykonania palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, przy czym widok przedstawia stan, w którym odbywa się spalanie paliwa wyrzuconego z palnika na paliwo stałe w warunkach małego obciążenia, fig. 20 przedstawia w przekroju strukturę dziewiątej odmiany wykonania palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, przy czym widok przedstawia stan, w którym odbywa się spalanie paliwa wyrzuconego z palnika na paliwo stałe w warunkach dużego obciążenia, fig. 21 przedstawia przykład innej konstrukcji pierścienia stabilizacyjnego płomienia.

Poniżej, w odniesieniu do załączonych rysunków opisano odmiany wykonania palnika na paliwo stałe, sposób spalania z wykorzystaniem palnika na paliwo stałe i urządzenie spalające zaopatrzone w palniki na paliwo stał e.

Na fig. 1 przedstawiono w przekroju konstrukcję pierwszej odmiany wykonania palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, przy czym przekrój przedstawia stan, w którym płomień 20 palnika na paliwo stałe jest utworzony w pobliżu przepływu cyrkulacyjnego 19 po stronie odpływowej pierścienia 23 stabilizacji płomienia kiedy palnik na paliwo stałe w pierwszej odmianie wykonania jest wykorzystywany w warunkach małego obciążenia. Fig. 2 przedstawia w schematycznym widoku konstrukcję palnika na paliwo stałe według pierwszej odmiany wykonania, widzianej od wewnętrznej strony pieca 41.

Palnik na paliwo stałe według pierwszej odmiany wykonania zawiera poprawiającą spalanie lancę olejową 24 w części środkowej; oraz dyszę paliwową 11 do wyrzucania mieszanego płynu składającego się z paliwa i gazu transportującego paliwo wokół poprawiającej spalanie lancy 24. Zespół dodatkowych dysz powietrznych 12 jest rozmieszczony tak, że wyjścia dysz skierowane są od ścianki separacyjnej 22 stronę zewnętrzną dyszy paliwowej 11 w stronę osi środkowej palnika na paliwo stałe.

Lanca 24 poprawiająca spalanie, umieszczona tak, że wchodzi w część środkową dyszy paliwowej, jest wykorzystywana do zapłonu paliwa przy uruchamianiu palnika na paliwo stałe.

Wewnątrz dyszy paliwowej 11, rozmieszczone są kolejno, licząc w kierunku przepływu element (zwężka Venturiego) 32 zwężający kanał przepływowy, przeszkoda 33 (koncentrator) i separator 35. Dodatkowe dysze powietrzne 12 są ustawione w kierunku takim, że powietrze wyrzucane w kierunku zewnętrznej strony ścianki separacyjnej dyszy paliwowej 11 porusza się prawie prostopadle do kierunku przepływu mieszanego płynu płynącego w dyszy paliwowej 11. Tak więc, wylot dodatkowej dyszy powietrznej 12 znajduje się w miejscu, gdzie wylot pokrywa się z separatorem, rozpatrując z kierunku prostopadł ego do osi palnika.

Na zewnątrz dyszy paliwowej 11 znajdują się pierścieniowe zewnętrzne dysze powietrzne (wtórna dysza powietrzna 13, trzeciorzędowa dysza powietrzna 14) do wyrzucania powietrza, i pierścieniowe zewnętrzne dysze powietrzne są współśrodkowe względem dyszy paliwowej 11.

Na końcu przedniej części dyszy paliwowej 11, to znaczy od strony wylotu do pieca, umieszczona jest przeszkoda, zwana pierścieniem stabilizacyjnym 23 płomienia. Pierścień stabilizacyjny 23 płomienia służy za przeszkodę dla strumienia paliwowego 16 składającego się z paliwa i gazu transportującego wyrzucanego z dyszy paliwowej 11, i wtórnego przepływu 17 powietrza, przepływającego przez wtórną dyszę powietrzną 13. Dlatego ciśnienie po odpływowej stronie pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia, to znaczy po stronie urządzenia spalającego 41, jest zmniejszone, i indukowany jest przepływ w kierunku przeciwnym do kierunku strumienia paliwowego 16 i wtórnego przepływu powietrza. Przepływ w kierunku przeciwnym określa się jako przepływ cyrkulacyjny 19.

Gaz o wysokiej temperaturze, powstający przy spalaniu paliwa przepływa do wewnątrz przepływu cyrkulacyjnego od strony odpływowej, i w przepływie cyrkulacyjnym 19 jest zatrzymywany. W miarę mieszania się gazu o wysokiej temperaturze i paliwa w strumieniu paliwowym 16 na wyjś ciu palnika na paliwo stałe, temperatura cząstek paliwa wzrasta w wyniku promieniowania ciepła z wnętrza rozpalanego pieca 41.

Wtórna dysza powietrzna 13 i trzeciorzędowa dysza powietrzna 14 są od siebie rozdzielone ścianką separacyjną 29, a przednia część końcowa ścianki separacyjnej 29 ukształtowana jest w prowadnicę 29a do wyrzucania przepływu powietrza trzeciorzędowego 18 tak, aby tworzyła pewien kąt z dyszą paliwową 16. Jeżeli prowadnica 25, 29a do utrzymywania kierunku wyrzutu powietrza w kierunku odchylonym od osi środkowej palnika jest umieszczona przy wyjściu kanałów przepływowych zewnętrznych dysz powietrznych (wtórnej dyszy powietrznej 13 i trzeciorzędowej dyszy powietrznej 14),

PL 199 728 B1 to prowadnica jest użyteczna dla łatwego kształtowania przepływu cyrkulacyjnego 19, razem z pierścieniem stabilizacyjnym 23 płomienia.

W celu zadziałania siłą zawirowującą na powietrze wyrzucane z wtórnej dyszy powietrznej 13 i trzeciorzędowej dyszy powietrznej 14, we wtórnej dyszy powietrznej 13 i trzeciorzę dowej dyszy powietrznej 14 rozmieszczone są zawirowywacze 27 i 28.

Gardziel 30 palnika wchodząca w skład ściany pieca służy również za zewnętrzną obwodową ścianę trzeciorzędowej dyszy powietrznej. W ścianie pieca rozmieszczone są rurki wodne 31.

W niniejszej, pierwszej odmianie wykonania, stężenie tlenu w strumieniu paliwa 16 pł ynącym przez dyszę paliwową 11 jest obniżone przez zastosowanie gazów spalinowych jako gazu do transportu paliwa. Przykładem stosowania takiego sposobu spalania jest spalanie węgla, jak węgiel brunatny lub lignit, który jest typowym paliwem o niskim stopniu uwęglenia, torfu lub drewna.

Te rodzaje paliw mają małą wartość kaloryczną w porównaniu z węglem o dużym stopniu uwęglenia, jak węgiel kamienny i antracyt, i mają zwykle niską ścieralność lub zdolność pulweryzacyjną. Poza tym paliwa te mają właściwość w postaci niskiej temperatury topnienia popiołu ze spalania.

Ponieważ te paliwa stałe zawierają wiele substancji lotnych, to mają skłonność do samozapłonu w procesie magazynowania, w procesie pulweryzacji i procesie transportu w atmosferze powietrznej, i zgodnie z tym, są trudne w obchodzeniu się z nimi w porównaniu do wę gla kamiennego. W przypadku pulweryzowania tych paliw do spalania, wykorzystuje się mieszany gaz złożony z gazu spalinowego i powietrza o zmniejszonym stężeniu tlenu, w charakterze gazu do transportowania paliwa w celu zapobieżenia samozapłonowi tych paliw. Odlotowe gazy spalinowe zmniejszają stężenie tlenu do osłabienia reakcji utleniania (spalania) paliwa i do zapobieżenia samozapłonowi. Z drugiej strony, ciepło retencyjne odlotowych gazów spalinowych oddziałuje osuszając paliwo przez odparowanie wilgoci w paliwie.

Kiedy paliwo jest wyrzucane z palnika, reakcja utleniania paliwa transportowanego przez gaz transportujący jest ograniczona zawartością tlenu wokół paliwa. Zatem, prędkość spalania jest niewielka w porównania z prędkością w przypadku paliwa transportowanego powietrzem. Ponieważ reakcja utleniania paliwa jest zwykle aktywowana po zmieszaniu z powietrzem wyrzucanym z dyszy powietrznej, to prędkość spalania jest określana przez prędkość mieszania z powietrzem. Zatem kiedy paliwo, takie jak węgiel brunatny lub lignit, spalane jest w warunkach małego obciążenia palnika na paliwo stałe, w którym ilość spalanego paliwa jest niewielka to częściej, niż w przypadku spalania węgla kamiennego może występować zdmuchnięcie lub przerwanie płomienia 20. Poza tym czas pełnego spalania paliwa jest dłuższy, niż czas pełnego spalania w przypadku transportowania paliwa powietrzem, i odpowiednio, wzrasta ilość nie spalonych składników lub węgla na wyjściu pieca 41. Poza tym niska jest temperatura płomienia, ponieważ wolne jest spalanie. W rezultacie trudne jest wykorzystanie reakcji redukcji tlenków azotu NOx do azotu uruchamianej w strefie redukcji NOx o wysokiej temperaturze (około 1000°C lub powyżej), i odpowiednio do tego staje się wyższe stężenie NOx na wyjściu pieca, w porównaniu z przypadkiem transportowania paliwa za pomocą powietrza.

Omawiana pierwsza odmiana wykonania ma dodatkowe dysze powietrzne 12 do wyrzucania powietrza w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu strumienia paliwa wewnątrz dyszy paliwowej. Kiedy dodatkowy strumień 21 powietrza jest wyrzucany z dodatkowej dyszy powietrznej 12 prawie prostopadle do kierunku strumienia paliwa, nasilone jest mieszanie strumienia paliwa z powietrzem dodatkowym, ponieważ różnica prędkości między cząstkami paliwa a powietrzem dodatkowym jest większa od różnicy prędkości w przypadku wyrzucania dodatkowego strumienia powietrza z dodatkowej dyszy powietrznej równolegle do kierunku strumienia paliwa. W szczególności, ponieważ gęstość cząstek paliwa jest większa niż powietrza, to cząstki paliwa mieszane są ze strumieniem powietrza dodatkowego siłą bezwładności.

Poza tym, w niniejszej pierwszej odmianie wykonania, ujście dodatkowej dyszy powietrznej 12 znajduje się w miejscu, gdzie wylot pokrywa się z separatorem 35, przy obserwacji ujścia z kierunku prostopadłego do osi palnika. Dlatego kierunek wyrzutu jest blokowany przez separator 35, i odpowiednio dodatkowy strumień 21 powietrza nie rozpręża się do kanału przepływowego 36 separatora 35 po wewnętrznej stronie, przy przepływie zewnętrzną stroną kanału przepływowego 37.

Rezystancja przepływu kanału przepływowego 37 separatora 35 jest duża w porównaniu z rezystancją przepływu kanału 36 po stronie wewnętrznej, ponieważ domieszany jest dodatkowy strumień powietrzny 21. Kiedy wzrasta ilość powietrza dodatkowego, maleje ilość transportowego gazu przepływającego przez kanał przepływowy 37 separatora 35 po stronie zewnętrznej. Z drugiej strony, cząstki paliwa przepływają do kanału przepływowego 37 po stronie zewnętrznej niezależnie od rezy14

PL 199 728 B1 stancji przepływu, z tego powodu, że cząstki paliwa działają większymi siłami bezwładności, niż gaz i ilość czą stek paliwa przepł ywają cych przez kanał przepł ywowy 37 separatora 35 po stronie zewnętrznej jest prawie niezmieniony.

Zatem, kiedy ilość dodatkowego powietrza wzrasta, ilość gazu transportującego wchodzącego do kanału przepływowego 37 po stronie zewnętrznej wraz z cząstkami paliwa zmniejsza się. Ponieważ gaz transportujący jest zastępowany dodatkowym powietrzem, to rozcieńczenie stężenia tlenu jest mniejsze, niż przy po prostu mieszaniu gazu transportującego z powietrzem dodatkowym, i odpowiednio do tego stężenie tlenu wzrasta. Poza tym, separator 35 może zapobiegać rozpraszaniu cząstek paliwa przez zaburzenia powstające przy mieszaniu powietrza dodatkowego z gazem transportującym. Dlatego również wysokie jest stężenie tlenu i gęstości paliwa w kanale przepływowym 37 separatora 35 po stronie zewnętrznej.

Zgodnie z niniejszą, pierwszą odmianą wykonania, reakcja spalania postępuje z łatwością po wyrzuceniu paliwa z dyszy paliwowej 11 przy wysokim stężeniu tlenu i dużej gęstości paliwa, a przy wylocie dyszy paliwowej może być kształtowany stabilnie płomień 20.

W celu zapobieżenia zapłonowi wstecznemu lub wygaśnięciu, przy kształtowaniu płomienia 20 wewnątrz dyszy paliwowej 11, korzystne jest, jeżeli odległość od wylotu dodatkowej dyszy powietrznej 12 do wylotu dyszy paliwowej jest wyznaczona tak, że czas przebywania po mieszaniu strumienia paliwowego ze strumieniem powietrza dodatkowego może być krótszy od opóźnienia czasu zapłonu paliwa (w przybliżeniu 0,1 sekundy), który jest krótszy od opóźnienia zapłonu pulweryzowanego węgla. Ponieważ gaz transportujący paliwo płynie wewnątrz dyszy paliwowej z prędkością przepływu wynoszącą 12 do 20 m/s, odległość wylotu dyszy paliwowej 11 od ujścia dodatkowej dyszy powietrznej 12 jest mniejsza, niż 1 m.

Poza tym w niniejszej, pierwszej odmianie wykonania, wewnątrz dyszy paliwowej 11 znajduje się element (zwężka Venturiego) 32, zwężający kanał przepływowy, umieszczony w zewnętrznej ścianie 22 po stronie dopływowej dyszy paliwowej 11. Na zewnątrz lancy olejowej 24, w środkowej części dyszy paliwowej 11, w jej wnętrzu umieszczona jest przeszkoda 33 (koncentrator) dla początkowego zwężenia a następnie stopniowego rozszerzenia kanału przepływowego. Przeszkoda 33 jest umieszczona po odpływowej stronie elementu zwężającego 32 kanał przepływowy w palniku na paliwo stałe (po stronie pieca 41).

Zwężka 32 Venturiego indukuje składową prędkości w gazie transportującym z cząstkami paliwa, skierowaną do środkowej osi dyszy paliwowej. Przy umieszczeniu koncentratora, czyli przeszkody 33 po stronie odpływowej zwężki 32 Venturiego, w gazie transportującym paliwo jest indukowana składowa prędkości w kierunku zewnętrznej ścianki separacyjnej 22 dyszy paliwowej. Ponieważ siła bezwładności cząstek paliwa jest większa, niż gazu transportującego paliwo, to cząstki paliwa mogą nie podążać za przepływem gazu transportującego paliwo. Dlatego cząstki paliwa tworzą strefę o dużej gęstości w pobliżu powierzchni ściany, przeciwległej do kierunku zmiany kanału przepływowego. Przy indukowaniu składowej prędkości skierowanej do ścianki separacyjnej po stronie zewnętrznej dyszy paliwowej za pomocą zwężki 32 Venturiego i koncentratora, czyli przeszkody 33, paliwo w kanale przepływowym 37 separatora 34 płynie wzdłuż zewnętrznej strony ścianki separacyjnej 22 dyszy paliwowej 11.

Ponieważ powietrze wyrzucane z dodatkowej dyszy powietrznej jest wyrzucane do kanału przepływowego 37 zewnętrznej strony separatora 35, to strefa o dużej gęstości paliwa i dużym stężeniu tlenu jest kształtowana nierównomiernie przy wewnętrznej powierzchni ściany zewnętrznej ścianki separacyjnej 22 dyszy paliwowej 11. W rezultacie, reakcja spalania cząstek paliwa wyrzucanych z dyszy paliwowej 11 jest ł atwa w podtrzymaniu przy duż ej gę stości paliwa i duż ym stężeniu tlenu, i odpowiednio do tego przy wylocie dyszy paliwowej tworzy się stabilny pł omień 20.

Przy tym łatwe jest mieszanie strumienia paliwa płynącego po wewnętrznej stronie powierzchni zewnętrznej ścianki separacyjnej 22 dyszy paliwowej 11, z powietrzem wyrzucanym z bocznej zewnętrznej dyszy powietrznej w miejscu bliskim wylotu dyszy paliwowej 11. Poza tym, kiedy struga paliwa jest mieszana z gazem o wysokiej temperaturze strumienia cyrkulacyjnego powstającego w tylnej części pierścienia stabilizacyjnego 23 pł omienia, nastę puje wzrost temperatury cząstek paliwa, i paliwo wykazuje podatność na zapłon.

Powietrze jest wyrzucane z dodatkowej dyszy powietrznej 12 w kierunku prawie prostopadłym do kierunku strugi paliwa wewnątrz dyszy paliwowej 11, w dyszy paliwowej 11 jest umieszczony separator 35, a wylot dodatkowej dyszy powietrznej znajduje się w miejscu, gdzie wylot pokrywa się separatorem, widzianym z kierunku prostopadłego do osi palnika, jak to opisano powyżej. W wyniku tego,

PL 199 728 B1 stężenie tlenu w miejscu bliskim zewnętrznej strony ścianki separacyjnej 22 dyszy paliwowej staje się większe. Mieszanie cząstek paliwa z powietrzem postępuje, i przy wylocie dyszy paliwowej 11 kształtowany jest stabilny płomień 20. Zatem przy obciążeniu mniejszym od konwencjonalnego małego obciążenia spalanie może się ciągle odbywać.

Na fig. 1, średnica końca dopływowego separatora 35 jest mniejsza, niż średnica przeszkody 33 dyszy paliwowej 11. Znaczy to, że pole przekroju kanału przepływowego 37 wejściowej części końcowej separatora 35 między kanałem przepływowym podzielonym separatorem 35 jest większe od pola przekroju kanału przepływowego zwężonego przez przeszkodę 33. Przy takiej konstrukcji opisanej powyżej dyszy paliwowej, strona dopływowa części końcowej separatora jest zakryta przeszkodą 33, przy obserwacji wylotu paliwa od strony dopływowej dyszy paliwowej 11. Zatem, cząstki paliwa z łatwością wnikają do zewnętrznego kanału przepływowego 37 separatora 35 dzięki sile bezwładności.

Gęstość paliwa w zewnętrznym kanale przepływowym dyszy paliwowej 11 staje się duża z powodu zmniejszenia ilości cząstek paliwa uderzających o dopływową część końcową separatora 35, i zmniejszenia zaburzania przepł ywu.

W przypadku, kiedy węgiel brunatny lub lignit jest spalany przy normalnym obciążeniu cieplnym, ilość paliwa spalanego w położeniu bliskim palnika na paliwo stałe wzrasta pod wpływem warunków dobrego mieszania paliwa z powietrzem, ponieważ paliwo zawiera dużą ilość substancji lotnych. Odpowiednio do tego, zwiększa się lokalnie obciążenie termiczne w pobliżu palnika na paliwo stałe. Równocześnie występuje wzrost temperatury konstrukcji palnika na paliwo stałe i ściany pieca, w wyniku promieniowania cieplnego płomienia 20.

W przypadku niskiej temperatury topnienia popiołu ze spalania, powstaje niebezpieczeństwo oblepiania, przy którym popiół ze spalania osiada i stapia się na przykład na ścianie pieca itp. Kiedy popiół ze spalania przyczepiony do ściany pieca itp. narasta, to istnieje niebezpieczeństwo zablokowania kanału przepływowego palnika na paliwo stałe lub wystąpienia niestabilności w bilansie pochłaniania ciepła przez ścianę pieca. W najgorszym przypadku, może nastąpić zatrzymanie pracy urządzenia spalającego. Zwłaszcza węgiel brunatny i lignit wykazują skłonność do powodowania oblepiania, ponieważ temperatura topnienia popiołu z węgla brunatnego i lignitu jest niska, w porównaniu z temperaturą topnienia w ę gla kamiennego.

W niniejszej pierwszej odmianie wykonania, problem oblepiania wystę pują cy ł atwo w warunkach dużego obciążenia, zostaje rozwiązany przez zmianę miejsca kształtowania płomienia 20 odpowiednio do zmian obciążenia palnika na paliwo stałe. Znaczy to, że płomień 20 jest kształtowany w miejscu odległym od palnika na paliwo stałe, kiedy występują warunki obciążenia dużego, a kiedy występują warunki obciążenia małego, płomień 20 jest kształtowany w pobliżu wylotu dyszy paliwowej 11 od palnika na paliwo stałe. W warunkach obciążenia małego, nawet jeżeli płomień 20 znajduje się blisko ściany pieca lub palnika na paliwo stałe, temperatura palnika i ściany pieca wokół palnika jest niższa, niż w przypadku obciążenia dużego, z powodu małego obciążenia termicznego w piecu 41. Zatem oblepianie nie występuje.

W niniejszej, pierwszej odmianie wykonania, kiedy występują warunki obciążenia niskiego, płomień 20 jest kształtowany począwszy od miejsca w pobliżu wylotu dyszy paliwowej 11, a gaz o wysokiej temperaturze jest zatrzymywany w strumieniu cyrkulacyjnym 19, który powstaje po odpływowej stronie pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia i prowadnicy 25. Poza tym, stężenie tlenu w strumieniu 16 paliwa w pobliżu pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia wzrasta przy otwieraniu zaworu sterującego 34 dodatkowej dyszy powietrznej 12 dostarczającej powietrze. W wyniku tego, ponieważ prędkość spalania staje się większa w stosunku do warunków małego stężenia tlenu, to zapłon cząstek paliwa może być łatwiejszy z utworzeniem płomienia 20 blisko dyszy paliwowej 11.

W warunkach dużego obciążenia, pł omie ń 20 powstaje w miejscu odległ ym od palnika na paliwo stałe, dla zmniejszenia obciążenia termicznego w pobliżu palnika. W niniejszej, pierwszej odmianie wykonania, ilość dostarczanego powietrza zmniejsza się w porównaniu z przypadkiem warunków małego obciążenia, przez zamknięcie zaworu 34 regulacji przepływu dodatkowej dyszy powietrznej 12. Wtedy stężenie tlenu w strumieniu paliwowym 16 w miejscu bliskim pierścienia stabilizacyjnego 23 staje się mniejsze, niż w warunkach małego obciążenia powodując zmniejszenie prędkości spalania. W wyniku tego, temperatura przepływu cyrkulacyjnego wytwarzanego po stronie odpływowej pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia obniża się powodując zmniejszenie ilości ciepła promieniowania otrzymywanego przez konstrukcję palnika na paliwo stałe, i odpowiednio do tego zmniejsza się występowanie oblepiania.

PL 199 728 B1

Figura 3 przedstawia stan, w którym płomień 20 palnika na paliwo stałe jest utworzony jako oddzielony od przepływu cyrkulacyjnego 19 po odpływowej stronie pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia kiedy palnik na paliwo stałe w pierwszej odmianie wykonania jest wykorzystywany w warunkach dużego obciążenia.

Figura 4 przedstawia w przekroju poziomym konstrukcję urządzenia spalającego wykorzystującą palniki 42 na paliwo stałe w pierwszej odmianie wykonania. Kiedy palniki 42 na paliwo stałe są wykorzystywane w warunkach dużego obciążenia, jak to pokazano na fig. 3, to korzystne jest, jeżeli płomienie 20 są wzajemnie mieszane wewnątrz pieca 41 dla zmniejszenia prawdopodobieństwa wystąpienia wygaszenia płomienia.

Jakkolwiek fig. 4 przedstawia konstrukcję, w której palniki 42 na paliwo stałe są rozmieszczone w czterech narożnikach ściany pieca, to samo można powiedzieć w przypadku spalania odwrotnego typu, kiedy palniki 42 na paliwo stałe są rozmieszczone na przeciwległych ścianach urządzenia spalającego.

W niniejszej, pierwszej odmianie wykonania, opisano sposób zaradzenia wystę powaniu oblepiania, kiedy niska jest temperatura topnienia popiołu ze spalania paliwa stałego. Kiedy temperatura topnienia popiołu ze spalania paliwa stałego jest wysoka lub kiedy problem oblepiania nie występuje ze względu na warunki małego obciążenia pieca, płomień palnika na paliwo stałe może być kształtowany przy wylocie dyszy paliwowej, jak to pokazano na fig. 1.

W celu zmniejszenia iloś ci tlenków azotu NOx powstają cych przy spalaniu, korzystne jest sterowanie ilością powietrza, tak aby stosunek ogólnej ilości powietrza dostarczanego z dyszy powietrznej i dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej do iloś ci powietrza niezbę dnej do peł nego spalania substancji lotnych wynosił od 0,85 do 0,95.

Większość paliwa spala się przy mieszaniu z powietrzem podawanym z opisanych powyżej dysz zawartego w dyszy paliwowej 11 (pierwszy etap), a następnie przy mieszaniu z wtórnym strumieniem 17 powietrza i trzeciorzędowym strumieniem 18 powietrza (drugi etap). Poza tym, w przypadku, kiedy po odpływowej stronie palnika na paliwo stałe jest rozmieszczone okno 49 powietrza dodatkowego, to paliwo jest całkowicie spalane przy mieszaniu z powietrzem dostarczanym z okna 49 powietrza dodatkowego (trzeci etap). Substancje lotne zawarte w paliwie są spalane w pierwszym etapie opisanym powyżej, ponieważ prędkość spalania substancji lotnych jest większa niż paliwa stałego.

Wtedy, kiedy proporcja powietrza do substancji lotnych jest ustawione na 0,85 do 0,95, spalanie paliwa będzie przyspieszane i spalanie będzie odbywało się przy wysokiej temperaturze płomienia, jakkolwiek występują niedobory tlenu. Ponieważ paliwo przy niedoborze tlenu w pierwszym etapie spalania jest spalane redukcyjnie, to tlenki azotu (NOx) powstające z azotu zawartego w paliwie i azotu powietrza ulegają konwersji w nieszkodliwy azot, i odpowiednio do tego może się zmniejszyć ilość NOx odprowadzanego z pieca 41. Ponieważ paliwo reaguje w wysokiej temperaturze, to reakcja drugiego etapu zostaje przyspieszona przy zmniejszeniu ilości składników nie spalonych.

Jak to pokazano na fig. 2, przedstawiającej palnik na paliwo stałe widziany od strony pieca 41, palnik na paliwo stałe według niniejszej odmiany wykonania jest cylindryczny, z umieszczoną w nim koncentrycznie dyszą paliwową 11, cylindryczną dyszą wtórną 13 i cylindryczną dyszą trzeciorzędową.

Figura 5 przedstawia inny przykład części dyszowej palnika na paliwo stałe. Dysza paliwowa 11 może być prostokątna, koncentrator, czyli przeszkoda 33 może być trójkątny, lub też konstrukcja dyszy powietrznej może być taka, że dysza paliwowa wstawiona jest między przynajmniej część zewnętrzną każdej z dysz powietrznych, jak na przykład wtórnej dyszy powietrznej 13, trzeciorzędowej dyszy powietrznej 14 itp. Poza tym powietrze od zewnątrz może być podawane z dyszy pojedynczej, lub konstrukcji dyszowej podzielonej na trzy lub więcej części.

Figura 6 przedstawia w przekroju inny przykład palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku. W tym przykładzie, wewnętrzna dysza powietrzna 38 jest umieszczona w dyszy paliwowej 11, i rurą jest połączona ze skrzynią powietrzną 26. Część powietrza dostarczanego do palnika na paliwo stałe jest wyrzucana z wewnętrznej dyszy powietrznej 38.

Kiedy powietrze do mieszania wprowadzane jest z dyszy paliwowej, mieszanie paliwa z powietrzem jest przyspieszone w porównaniu z mieszaniem przy wykorzystaniu tylko zewnętrznych dysz powietrznych 13 i 14. Poza tym, kiedy z wewnętrznej dyszy powietrznej 38 wyrzucana jest duża ilość powietrza, to zwiększa się prędkość przepływu strugi paliwowej 16 płynącej w części bocznej, i w wyniku tego miejsce zapłonu paliwa może się oddalić od palnika na paliwo stałe. Zatem, przy zmniejszeniu ilości powietrza wyrzucanego z dodatkowej dyszy powietrznej 12 i zwiększeniu ilości powietrza

PL 199 728 B1 wyrzucanego z wewnętrznej dyszy powietrznej 38, możliwe jest rozwiązanie problemu z powstawaniem płomienia w miejscu oddalonym od palnika na paliwo stałe, w warunkach dużego obciążenia.

Ponadto, separator 35 palnika na paliwo stałe, przedstawiony na fig. 6 od strony dopływowej zwęża się stożkowo. Przy stożkowym ukształtowaniu separatora, zwiększa się ilościowa proporcja strugi paliwowej 16 płynącej przez wewnętrzny kanał przepływowy 35 do strugi paliwowej płynącej przez zewnętrzny kanał przepływowy 37 rozdzielony separatorem 35.

W przypadku palnika na paliwo stałe, przedstawionego na fig. 6, prędkość przepływu w zewnętrznym kanale przepływowym 37 separatora 35 jest zmniejszona ponieważ pole przekroju kanału przepływowego jest powiększone przez ukształtowanie stożkowe, i odpowiednio do tego dodatkowe powietrze 21 wyrzucane z dodatkowej dyszy powietrznej 12 łatwiej dociera do separatora 35. Poza tym, ponieważ prędkość przepływu strumienia 16 paliwa i gazu transportowego jest zmniejszona na obwodzie zewnętrznym wylotu dyszy paliwowej 11, to cząstka paliwa staje się łatwiej zapalna w położeniu bliskim palnika na paliwo stałe. Zatem płomień 20 można w łatwy sposób uformować z części bliskiej palnika na paliwo stałe.

Figura 7 w widoku uproszczonym przedstawia konstrukcję palnika na paliwo stałe wykorzystującą pierścień stabilizacji płomienia o innej konstrukcji, przedstawioną od wewnętrznej strony pieca. W niniejszej odmianie wykonania, zę baty pierścień stabilizacyjny 54 z wystającymi pł ytkowymi krawę dziami może być umieszczony w wylocie dyszy paliwowej 11, jak to pokazano na fig. 7. Paliwo przepływa wokół na tylną stronę zębatego pierścienia stabilizacyjnego 54 płomienia dla ułatwienia ich zapłonu. Znaczy to, że paliwo jest zapalane po tylnej stronie zębatego pierścienia stabilizacyjnego 54 płomienia.

Figura 8 przedstawia w przekroju konstrukcję palnika na paliwo stałe w drugiej odmianie wykonania, bez koncentratora według niniejszego wynalazku, przy czym widok przedstawia stan, w którym następuje spalanie paliwa wyrzuconego z palnika na paliwo stałe, w warunkach małego obciążenia. W pierwszej odmianie wykonania w dyszy paliwowej 11 jest umieszczony koncentrator, czyli przeszkoda 33. Jednak nawet bez koncentratora, czyli przeszkody 33, jak w niniejszej, drugiej odmianie wykonania, kiedy powietrze jest wyrzucane z dodatkowej dyszy powietrznej w kierunku w przybliżeniu prostopadłym do kierunku strumienia paliwa przepływającego wewnątrz dyszy paliwowej 11, różnica prędkości między cząstkami paliwa a powietrzem dodatkowym staje się większa od różnicy prędkości w przypadku wyrzucania dodatkowego powietrza równolegle do kierunku strumienia paliwa, i paliwo jest mieszane z powietrzem podobnie, jak przypadku pierwszej odmiany wykonania.

Poza tym, ujście dodatkowej dyszy powietrznej 12 znajduje się w miejscu, gdzie pokrywa się z separatorem 35, w kierunku prostopadł ym do mieszanego pł ynu wyrzucanego z dyszy paliwowej 11. Dlatego struga 21 powietrza dodatkowego wyrzutu jest blokowana przez separator 35 w odniesieniu do przepływu w kierunku wyrzutu, i odpowiednio, nie rozpręża się do kanału przepływowego 36 separatora 34 lecz płynie przez zewnętrzny kanał przepływowy 37.

Rezystancja przepływu kanału przepływowego 37 separatora 35 jest większa, niż rezystancja przepływu kanału 36 wewnętrznego, ponieważ do zmieszanego płynu domieszany zostaje dodatkowy strumień powietrzny 21. Kiedy wzrasta ilość powietrza dodatkowego, maleje ilość gazu transportującego przepływającego przez zewnętrzny kanał przepływowy 37. Z drugiej strony, cząstki paliwa przepływają do zewnętrznego kanału przepływowego 37 niezależnie od rezystancji przepływu, ponieważ siła bezwładności cząstek paliwa jest większa, niż gazu. Dlatego ilość cząstek paliwa jest prawie niezmieniona.

Zatem, kiedy ilość dodatkowego powietrza wzrasta, ilość gazu transportującego wchodzącego do zewnętrznego kanału przepływowego 37 wraz z cząstkami paliwa zmniejsza się, a gaz transportujący jest zastępowany dodatkowym powietrzem. W porównaniu z przypadkiem, kiedy dodatkowe powietrze płynie równolegle do kierunku przepływu gazu transportującego, rozcieńczenie stężenia tlenu jest mniejsze, i odpowiednio do tego stężenie tlenu wzrasta. Poza tym, separator 35 może zapobiegać rozpraszaniu cząstek paliwa przez zaburzenia powstające przy mieszaniu powietrza dodatkowego z gazem transportują cym. W rezultacie wysokie jest stężenie tlenu w kanale przepł ywowym 37 separatora 35 jak również większa jest gęstość paliwa w gazie transportującym w zewnętrznym kanale przepływowym 37, ponieważ większość gazu transportującego przepływa przez wewnętrzny kanał przepływowy 36.

Figura 9 przedstawia w przekroju konstrukcję palnika na paliwo stałe w trzeciej odmianie wykonania, według niniejszego wynalazku, przy czym widok przedstawia stan, w którym następuje spalanie paliwa wyrzuconego z palnika na paliwo stałe, w warunkach małego obciążenia. Główne punkty od18

PL 199 728 B1 różniające niniejszą trzecią odmianę wykonania od pierwszej odmiany wykonania to, że dysza paliwowa 11 jest prostokątna i że dysza powietrzna 13 jest umieszczona obok dyszy paliwowej 11.

Wewnątrz dyszy paliwowej 11, rozmieszczone są kolejno, licząc w kierunku przepływu, przeszkoda 33 (koncentrator) i separator 35, przy czym przeszkoda 33 jest umieszczona w miejscu na ściance separacyjnej naprzeciwko dyszy powietrznej 13 w dyszy paliwowej 11. Dodatkowa dysza powietrzna 12 jest ustawiona w kierunku takim, że powietrze wyrzucane w kierunku zewnętrznej strony ścianki separacyjnej dyszy paliwowej 11 porusza się prawie prostopadle do kierunku przepływu mieszanego płynu płynącego w dyszy paliwowej 11. Tak więc, wylot dodatkowej dyszy powietrznej 12 znajduje się w miejscu gdzie pokrywa się on z separatorem 35, rozpatrując z kierunku osi palnika.

Na końcu przedniej części dyszy paliwowej 11, to znaczy od strony wylotu do pieca, umieszczona jest przeszkoda, zwana pierścieniem stabilizacyjnym 23 płomienia. Pierścień stabilizacyjny 23 płomienia służy za przeszkodę dla strumienia paliwowego 16 składającego się z paliwa i gazu transportującego wyrzucanego z dyszy paliwowej 11, i przepływu 17 powietrza, przepływającego przez dyszę powietrzną 13. Dlatego ciśnienie po odpływowej stronie pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia, (po stronie pieca 41) jest zmniejszone, i indukowany jest przepływ w kierunku przeciwnym do kierunku strumienia paliwowego 16 i wtórnego przepływu powietrza. Przepływ w kierunku przeciwnym określa się jako przepływ cyrkulacyjny 19.

Płomień 20 ma tendencję do układania się od strony odpływowej ścianki separacyjnej 22 odgradzającej dyszę paliwową 11 od dyszy powietrznej 12, gdzie łatwe jest mieszanie się powietrza wyrzucanego z dyszy powietrznej 13 z cząstkami paliwa. Przy zastosowaniu pierścienia stabilizacji płomienia od wewnątrz pieca 41 gaz o wysokiej temperaturze powstający przy spalaniu paliwa jest zatrzymywany w przepływie cyrkulacyjnym 19. W miarę mieszania się gazu o wysokiej temperaturze i paliwa w strumieniu paliwowym 16 na wyjściu palnika na paliwo stałe, temperatura cząstek paliwa wzrasta w wyniku promieniowania ciepła z wnętrza pieca 41 powodując zapłon cząstek paliwa.

W zwróconej do dyszy powietrznej 13 stronie pierś cienia stabilizacyjnego 23 płomienia, ukształ towana jest prowadnica 25 tak, że strumień powietrza 17 może być wyrzucany w kierunku, który tworzy pewien kąt z dyszą paliwową 16. Struga powietrza w wyniku umieszczenia prowadnicy jest prowadzona w kierunku odbiegającym od osi środkowej palnika. Zatem prowadnica jest użyteczna dla łatwego kształtowania przepływu cyrkulacyjnego 19, przez zmniejszanie ciśnienia po odpływowej stronie pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia.

W niniejszej, trzeciej odmianie wykonania stosuje się dodatkową dyszę powietrzną 12 do wyrzucania powietrza do dyszy paliwowej 11 w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu strugi paliwowej. Kiedy z dodatkowej dyszy powietrznej 12 jest wyrzucana dodatkowa struga 21 powietrza prawie prostopadle do kierunku strugi paliwa, różnica prędkości między cząstkami paliwa a powietrzem dodatkowym jest większa od różnicy pr ędkości w przypadku wyrzucania dodatkowego strumienia 21 powietrza z dodatkowej dyszy powietrznej równolegle do kierunku strumienia paliwa, co poprawia mieszanie. W szczególności, ponieważ gęstość cząstek paliwa jest większa niż gazu, to cząstki paliwa mieszane są ze strumieniem powietrza dodatkowego.

Poza tym, w niniejszej, trzeciej, odmianie wykonania, wylot dodatkowej dyszy powietrznej 12 znajduje się w miejscu pokrywającym się względem osi palnika z separatorem 35. Kierunek wyrzutu dodatkowego strumienia 21 powietrza jest blokowany przez separator 35 aby skierować przepływ do kanału przepływowego 37 w separatorze 35, po jego stronie zwróconej do dyszy powietrznej.

Rezystancja przepływu kanału przepływowego 37 w separatorze 35 po stronie dyszy powietrznej jest większa od rezystancji przepływu kanału 36 po stronie przeciwnej, ponieważ domieszany jest dodatkowy strumień powietrzny 21. Kiedy wzrasta ilość powietrza dodatkowego, maleje ilość transportowanego gazu przepływającego przez kanał przepływowy 37 po stronie dyszy powietrznej. Z drugiej strony, cząstki paliwa przepływają do zewnętrznego kanału przepływowego 37 niezależnie od rezystancji przepływu, z tego powodu, że cząstki paliwa działają większymi siłami bezwładności, niż gaz. Zatem ilość cząstek paliwa jest prawie niezmieniona.

Zatem, kiedy ilość dodatkowego powietrza wzrasta, ilość gazu transportującego wchodzącego do kanału przepływowego 37 po stronie zewnętrznej wraz z cząstkami paliwa zmniejsza się. Ponieważ gaz transportujący jest zastępowany dodatkowym powietrzem, to rozcieńczenie stężenia tlenu jest mniejsze, niż przy po prostu mieszaniu gazu transportującego z powietrzem dodatkowym, i odpowiednio do tego stężenie tlenu wzrasta. Poza tym, separator 35 może zapobiegać rozpraszaniu cząstek paliwa przez zaburzenia powstające przy mieszaniu powietrza dodatkowego z gazem transportująPL 199 728 B1 cym. Dlatego również wysokie jest stężenie tlenu i gęstość paliwa w kanale przepływowym 37 separatora 35 po stronie dyszy powietrznej.

Poza tym, w gazie transportującym paliwo i cząstkach paliwa przeszkoda 33 (koncentrator) indukuje składową prędkości skierowaną do zewnętrznej ścianki separacyjnej 22 dyszy paliwowej. Cząstki paliwa płyną wzdłuż kanału przepływowego 37 w separatorze 35, po jego stronie zwróconej do dyszy powietrznej, z powodu dużej siły bezwładności zwiększającej gęstość paliwa w tej strefie.

Figura 10 przedstawia w uproszczeniu konstrukcję urządzenia spalającego wykorzystującego palnik na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, a fig. 11 przedstawia w przekroju poziomym urządzenie spalające według fig. 10.

W niniejszej, czwartej odmianie wykonania, palniki 42 na paliwo stał e są rozmieszczone w dwóch piętrach w kierunku pionowym urządzenia spalającego 41 (pieca), i w czterech narożnikach urządzenia spalającego 41 w kierunku poziomym, przy czym palniki 42 na paliwo stałe są skierowane w stronę ś rodka. Paliwo jest podawane z leja samowył adowczego 43 do pulweryzatora 45 przez podajnik 44 węgla. Przy tym paliwo jest mieszane z gazami spalinowymi odbieranymi z górnej części urządzenia spalającego 41 w przewodzie 55 gazów spalinowych po odpływowej stronie podajnika 44 węgla, a następnie wprowadzane do pulweryzatora 45.

Przy mieszaniu paliwa z mającym wysoką temperaturę gazem spalinowym, odparowuje woda zawarta w paliwie. Poza tym, ponieważ zmniejszone jest stężenie tlenu, to można wyeliminować samozapłon i możliwość eksplozji mieszaniny paliwa i gazu, nawet, jeżeli temperatura mieszaniny staje się wysoka przy pulweryzacji paliwa w pulweryzatorze 45. W przypadku węgla brunatnego, zawartość tlenu w większości przypadków wynosi 6 do 15%. Powietrze jest podawane z dmuchawy 46 do palników 42 na paliwo stałe i do okna 49 powietrza dodatkowego, rozmieszczonego po stronie odpływowej palników 42 na paliwo stałe.

W niniejszej, czwartej odmianie wykonania wykorzystuje się sposób ze spalaniem dwustopniowym, polegający na tym, że do palników 42 na paliwo stałe wprowadza się ilość powietrza mniejszą od ilości potrzebnej do pełnego spalania paliwa, a następnie z okna 49 powietrza dodatkowego wprowadza się pozostałą ilość powietrza.

Niniejszy wynalazek może znaleźć zastosowanie również do sposobu z pojedynczym spalaniem, polegającym na tym, że do palników 42 na paliwo stałe wprowadza się ilość powietrza potrzebną do pełnego spalania paliwa bez wykorzystywania okna 49 powietrza dodatkowego.

W rozwiązaniu wedł ug niniejszej czwartej odmiany wykonania nie stosuje się części do tymczasowego przechowywania paliwa, między pulweryzatorem 45 a palnikiem 42 na paliwo stałe.

Figura 12 w uproszczonym widoku przedstawia konstrukcję innego przykładu urządzenia spalającego wykorzystującego palnik na paliwo stałe według niniejszego wynalazku. Niniejszy wynalazek może mieć zastosowanie również do sposobu zasilania paliwem polegającego na tym, że między pulweryzatorem 45 a palnikiem 57 na paliwo stałe umieszczony jest lej samowyładowczy dla paliwa, i wykorzystuje się róż ne gazy w charakterze gazu transportują cego, przepł ywają cego przez przewód rurowy 55 od pulweryzatora 45 do leja samowyładowczego 57, i gazu transportującego, przepływającego przez przewód rurowy 56 od leja samowyładowczego 57 do palnika 42 na paliwo stałe.

Zgodnie ze sposobem zasilania paliwem przedstawionym na fig. 12, gaz transportujący o pojemności cieplnej rosnącej wskutek odparowywania wewnątrz przewodu rurowego 55 wilgoci zawartej w cząstkach paliwa, zostaje oddzielony przez cz ęść z lejem samowył adowczym, a następnie jest wprowadzany do pieca 41 od strony odpływowej palnika 42 na paliwo stałe.

Ponieważ ilość wody zawartej w gazie transportującym podawanym do palnika 42 na paliwo stałe jest zmniejszona przez oddzielenie gazu transportującego w opisany powyżej sposób, temperatura płomienia 20 kształtowanego przez palnik 42 na paliwo stałe wzrasta, co zmniejsza ilości tlenków azotu i nie spalonych składników lub nie spalonego węgla.

Kiedy paliwo stałe jest spalane przy dużym obciążeniu spalania, występują pewne sytuacje, w których popiół ze spalania przyczepia się do części konstrukcyjnych palnika na paliwo stałe i ścian pieca, powodując zjawisko zwane oblepianiem, polegające na narastaniu przylepionej substancji. W przypadku, kiedy istnieje niebezpieczeń stwo wystą pienia oblepiania, oblepianie moż na zmniejszyć zmieniając sposób spalania w palniku na paliwo stałe odpowiednio do obciążenia spalania.

Znaczy to, że w warunkach dużego obciążenia, płomień 20 jest kształtowany w miejscu odległym od palnika 42 na paliwo stałe, dla zmniejszenia obciążenia cieplnego w pobliżu palnika 42. Z drugiej strony, w warunkach ma łego obciążenia, płomień 20 jest kształtowany począwszy od miej20

PL 199 728 B1 sca bliskiego wylotowi dyszy paliwowej 11. Przy takiej metodzie spalania, konieczne jest monitorowanie płomienia 20 w celu zapewnienia bezpiecznej eksploatacji urządzenia spalającego.

Według niniejszego wynalazku korzystne jest, jeżeli sposób monitorowania również zmienia się przy zmianie sposobu spalania odpowiednio do obciążenia. Znaczy to, że w warunkach małego obciążenia, w celu monitorowania płomienia 20 w każdym z palników 42 na paliwo stałe, poszczególne detektory 47 płomienia rozmieszczone są w palnikach 42 na paliwo stałe. Z drugiej strony, w warunkach dużego obciążenia, wymaga zainstalowania detektor 48 płomienia obciążenia, do monitorowania środkowej części urządzenia spalającego, ponieważ płomień 20 jest kształtowany w miejscach odległych od palników 42 na paliwo stałe. Płomienie monitorowane są przez wybieranie sygnałów detektorów 47 i 48 płomienia, odpowiednio do obciążenia i sposobu spalania.

Poza tym, w celu zmniejszenia ilości brył przylepionych do konstrukcji palników na paliwo stałe i ściany pieca 41 w warunkach dużego obciążenia, moż liwe jest rozmieszczenie termometrów bądź pirometrów radiacyjnych na ścianie pieca 41 i w palnikach 42 na paliwo stałe, i sterowanie prędkością przepływu powietrza dodatkowego na podstawie sygnałów z termometrów bądź pirometrów radiacyjnych.

Figura 13 przedstawia w przekroju konstrukcję szóstej odmiany wykonania palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, przy czym fig. 14 stanowi uproszczony widok ukazujący konstrukcję palnika na paliwo stałe w widoku od wnętrza urządzenia spalającego 41.

Palnik na paliwo stałe według szóstej odmiany wykonania zawiera poprawiającą spalanie lancę olejową 24 w części środkowej; oraz dyszę paliwową 11 do wyrzucania mieszanego płynu składającego się z paliwa i gazu transportującego paliwo wokół poprawiającej spalanie lancy 24. Zespół dodatkowych dysz powietrznych 12 jest rozmieszczony tak, że wyjścia dysz skierowane są od zewnętrznej strony ścianki separacyjnej 22 dyszy paliwowej 11 w stronę osi środkowej palnika na paliwo stałe.

Na końcu przedniej części dyszy paliwowej 11, to znaczy od strony wylotu do pieca, umieszczona jest przeszkoda, zwana pierścieniem stabilizacyjnym 23 płomienia. Pierścień stabilizacyjny 23 płomienia służy za przeszkodę dla strumienia paliwowego 16 składającego się z paliwa i gazu transportującego wyrzucanego z dyszy paliwowej 11, i wtórnego przepływu 17 powietrza, przepływającego przez wtórną dyszę powietrzną 13. Dlatego ciśnienie po odpływowej stronie pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia, to znaczy po stronie urządzenia spalającego 41 jest zmniejszone, i indukowany jest przepływ w kierunku przeciwnym do kierunku strumienia paliwowego 16 i wtórnego przepływu powietrza. Przepływ w kierunku przeciwnym określa się jako przepływ cyrkulacyjny 19.

Gaz o wysokiej temperaturze powstający przy spalanie paliwa przepływa do wewnątrz przepływu cyrkulacyjnego od strony odpływowej, i jest zatrzymywany w przepływie cyrkulacyjnym 19. W miarę mieszania się gazu o wysokiej temperaturze i paliwa w strumieniu paliwowym 16 na wyjściu palnika na paliwo stałe, temperatura cząstek paliwa wzrasta w wyniku promieniowania ciepła z wnętrza rozpalanego pieca 41.

Wtórna dysza powietrzna 13 i trzeciorzędowa dysza powietrzna 14 są od siebie rozdzielone ścianką separacyjna 29, a przednia część końcowa ścianki separacyjnej 29 ukształtowana jest w prowadnicę 25 do wyrzucania przepływu powietrza trzeciorzędowego 18 tak, aby tworzyła pewien kąt z dyszą paliwową 16. Jeż eli prowadnica 25, do utrzymywania kierunku wyrzutu powietrza w kierunku odchylonym od osi środkowej palnika jest umieszczona przy wyjściu kanałów przepływowych zewnętrznych dysz powietrznych (wtórnej dyszy powietrznej 13 i trzeciorzędowej dyszy powietrznej 14), to prowadnica jest użyteczna dla łatwego kształtowania przepływu cyrkulacyjnego 19, razem z pierścieniem stabilizacyjnym 23 płomienia.

W celu zdział ania siłą zawirowują c ą na powietrze wyrzucane z wtórnej dyszy powietrznej 13 i trzeciorzę dowej dyszy powietrznej 14, w dyszach 13 i 14 rozmieszczone s ą zawirowywacze 27 i 28.

Gardziel 30 palnika w ścianie pieca służy również za zewnętrzną obwodową ścianę trzeciorzędowej dyszy powietrznej. W ścianie pieca rozmieszczone są rurki wodne 31.

W niniejszej, szóstej odmianie wykonania, stężenie tlenu w strumieniu paliwa 16 pł yną cym przez dyszę paliwową 11 jest obniżone przez zastosowanie gazów spalinowych jako gazu do transPL 199 728 B1 portu paliwa. Przykładem stosowania takiego sposobu spalania jest spalanie węgla brunatnego lub lignitu.

Węgiel brunatny i lignit mają małą wartość kaloryczną w porównaniu z węglem o dużym stopniu uwęglenia, jak węgiel kamienny i antracyt, i mają zwykle niską ścieralność lub zdolność pulweryzacyjną. Poza tym paliwa te mają właściwość w postaci niskiej temperatury topnienia popiołu ze spalania. Ponieważ te paliwa stałe zawierają wiele substancji lotnych, to mają skłonność do samozapłonu w procesie magazynowania, w procesie pulweryzacji i procesie transportu w atmosferze powietrznej, i zgodnie z tym, są trudne w obchodzeniu się z nimi w porównaniu do wę gla kamiennego. W przypadku pulweryzowania węgla brunatnego lub lignitu do spalania, wykorzystuje się mieszany gaz złożony z gazu spalinowego i powietrza o zmniejszonym stężeniu tlenu, w charakterze gazu do transportowania paliwa w celu zapobieżenia samozapłonowi tych paliw. Odlotowe gazy spalinowe zmniejszają stężenie tlenu do osłabienia reakcji utleniania (spalania) paliwa i do zapobieżenia samozapłonówi. Z drugiej strony ciepło retencyjne odlotowych gazów spalinowych oddziałuje osuszając paliwo przez odparowanie wilgoci w paliwie.

W atmosferze o mał ym stężeniu tlenu, szybko ść spalania jest mniejsza, niż szybkość spalania w atmosferze powietrznej. Przy transportowaniu pulweryzowanego wę gla, na przykł ad wę gla brunatnego lub lignitu, z użyciem gazu transportującego o małym stężeniu tlenu, szybkość spalania jest ograniczona prędkością mieszania się paliwa z powietrzem, a szybkość spalania spada niżej, niż w przypadku wę gla kamiennego, który moż e być transportowany powietrzem. Zatem, przy spalaniu węgla brunatnego lub lignitu w palniku na paliwo stałe, w warunkach małego obciążenia, w których ilość spalanego paliwa jest mała, występuje silniejsza tendencja do zdmuchiwania lub zrywania płomienia 20, niż w przypadku węgla kamiennego.

W niniejszej, szóstej odmianie wykonania stosuje się dodatkowe dysze powietrzne 12, do wyrzucania powietrza prawie prostopadle do kierunku strugi paliwa wewnątrz dyszy paliwowej, Kiedy strumień powietrza (dodatkowy strumień powietrza) 21 jest wyrzucany z dodatkowej dyszy powietrznej 12 prawie prostopadle do kierunku strumienia paliwa, nasila się mieszanie strumienia paliwa z powietrzem dodatkowym, ponieważ różnica prędkości między cząstkami paliwa a powietrzem dodatkowym jest większa od różnicy prędkości w przypadku wyrzucania dodatkowego strumienia powietrza z dodatkowej dyszy powietrznej równolegle do kierunku strumienia paliwa. W szczególności, ponieważ gęstość cząstek paliwa jest większa, niż gazu to cząstki paliwa mieszane są ze strumieniem powietrza dodatkowego siłą bezwładności.

Przy tym, ponieważ gaz transportowy (o małym stężeniu tlenu) wokół cząstek paliwa jest oddzielony od tych cząstek paliwa, to stężenie tlenu wokół cząstek tlenu staje się wyższe, niż stężenie tlenu gazu transportowego. Zatem, po wyrzucie z dyszy paliwowej następuje przyspieszenie reakcji spalania przez zwiększenie stężenia tlenu, i zgodnie z tym przy wylocie dyszy paliwowej kształtuje się stabilny płomień.

W celu zapobież enia zapł onowi wstecznemu, lub wypaleniu si ę z utworzeniem pł omienia 20 wewnątrz dyszy paliwowej 11, korzystne jest, jeżeli odległość od wylotu dyszy paliwowej do wylotu dodatkowej dyszy powietrznej 12 ma wartość zapewniającą czas pozostawiania paliwa w dyszy paliwowej krótszy od czasu opóźnienia zapłonu paliwa (w przybliżeniu 0,1 sekundy). Ponieważ gaz transportujący paliwo płynie wewnątrz dyszy paliwowej z prędkością przepływu wynoszącą 12 do 20 m/s, odległość wylotu dyszy paliwowej od ujścia dodatkowej dyszy powietrznej jest mniejsza, niż 1 m.

Poza tym, w niniejszej, szóstej odmianie wykonania, wewnątrz dyszy paliwowej 11 znajduje się element 32 zwężający kanał przepływowy, umieszczony w ścianie zewnętrznej 22 po stronie dopływowej dyszy paliwowej 11. W centralnej części wewnątrz dyszy paliwowej 11, w jej wnętrzu na zewnątrz lancy olejowej 24, jest umieszczona przeszkoda 33 (koncentrator) dla początkowego zwężenia kanału przepływowego a następnie stopniowego rozszerzenia go do jego pierwotnego rozmiaru. Przeszkoda 33 jest umieszczona po odpływowej stronie elementu zwężającego 32 kanał przepływowy w palniku na paliwo stałe (po stronie pieca 41).

Element zwężający 32 kanał przepływowy indukuje w cząstkach paliwa (pulweryzowanego węgla), których siła bezwładności jest większa, niż gazu transportującego paliwo, składową prędkości, skierowaną do środkowej osi dyszy paliwowej. Przy umieszczeniu koncentratora, czyli przeszkody 33 po stronie odpływowej elementu zwężającego 32, przepływ cząstek paliwa (pulweryzowanego węgla) ścieśniony w stronę osi środkowej palnika przez element zwężający 32, przepływa wzdłuż kanału przepływowego dyszy paliwowej w kierunku ścianki separacyjnej 22 po przejściu przez koncentrator, czyli przeszkodę 33. Cząstki paliwa (pulweryzowanego węgla) płynące wzdłuż kanału przepływowego

PL 199 728 B1 wewnątrz dyszy paliwowej nierównomiernie przepływają w stronę wewnętrznej powierzchni ściany (w stronę ścianki separacyjnej 22) do wylotu. Zatem po stronie powierzchni wewnętrznej ściany dyszy paliwowej 11 (po stronie ścianki separacyjnej 22) paliwo jest wzbogacone.

Ponieważ powietrze wyrzucane z dodatkowej dyszy powietrznej jest również wyrzucane w sąsiedztwie obwodu (ścianki separacyjnej 22) w dyszy paliwowej 11, to powstaje obszar o dużym stężeniu paliwa i dużym stężeniu tlenu. W rezultacie, po wyrzucie paliwa z dyszy paliwowej następuje przyspieszenie reakcji spalania przez zwiększenie stężenia tlenu, i utworzenie stabilnego płomienia przy wylocie dyszy paliwowej. Struga paliwa przepływająca w sąsiedztwie obwodu zewnętrznego (ścianki separacyjnej 22) dyszy paliwowej 11 łatwo się miesza z powietrzem wyrzucanym z zewnętrznej dyszy powietrznej w pobliżu wylotu dyszy paliwowej 11.

Poza tym, kiedy struga paliwa jest mieszana z gazem o wysokiej temperaturze strumienia cyrkulacyjnego powstającego w tylnej części pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia, następuje wzrost temperatury cząstek paliwa, i paliwo wykazuje podatność na zapłon. W wyniku tego kształtuje się stabilny płomień 20 przy wylocie dyszy paliwowej.

Przy wyrzucaniu powietrza z dodatkowej dyszy powietrznej 12 w kierunku prawie prostopadłym do kierunku strugi paliwa wewnątrz dyszy paliwowej 11, jak to opisano powyżej, mieszanie cząstek paliwa z powietrzem postępuje, i przy wylocie dyszy paliwowej kształtowany jest stabilny płomień 20. Zatem spalanie może się odbywać ciągle przy obciążeniu mniejszym od małego obciążenia konwencjonalnego.

W przypadku spalania węgla brunatnego lub lignitu przy dużym obciążeniu termicznym, rośnie ilość paliwa spalającego się w miejscu bliskim palnika na paliwo stałe, przy dobrych warunkach mieszania powietrza z paliwem, ponieważ paliwo zawiera dużą ilość substancji lotnych, Kiedy obciążenie termiczne w pobliżu palnika na paliwo stałe zwiększa się lokalnie powodując wzrost temperatury konstrukcji palnika i ściany urządzenia spalającego wskutek nagrzewania przez promieniowanie z płomienia 20, jak to opisano powyżej, to występuje niebezpieczeństwo oblepiania przez popiół z takiego spalania. Węgiel brunatny i lignit wykazują szczególną skłonność, do oblepiania z powodu niskiej temperatury topnienia popiołu z ich spalania.

W niniejszej, szóstej odmianie wykonania miejsce powstawania pł omienia 20 jest zmieniane odpowiednio do obciążenia palnika na paliwo stałe, dla rozwiązania problemów powodowanych różnicą stanu spalania między warunkami dużego obciążenia a warunkami małego obciążenia palnika na paliwo stałe, kiedy stosowane jest paliwo o małym stopniu uwęglenia. Znaczy to, że płomień 20 jest kształtowany w miejscu odległym od palnika na paliwo stałe, kiedy stan obciążenia jest wysoki, i płomień 20 jest kształtowany blisko wylotu dyszy paliwowej 11 w warunkach małego obciążenia. W warunkach małego obciążenia, nawet, jeżeli płomień 20 znajduje się blisko ściany urządzenia spalającego lub palnika na paliwo stałe, temperatura palnika i ściany pieca wokół palnika jest niższa, niż w przypadku obciążenia dużego, z powodu małego obciążenia termicznego w piecu 41. Zatem oblepianie nie występuje.

W niniejszej, szóstej odmianie wykonania, kiedy wystę pują warunki małego obciążenia, płomień 20 jest kształtowany w pobliżu wylotu dyszy paliwowej 11, a gaz o wysokiej temperaturze jest zatrzymywany w strumieniu cyrkulacyjnym 19, który powstaje po odpływowej stronie pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia i prowadnicy 25.

Poza tym, stężenie tlenu w strumieniu 16 paliwa, w pobliżu pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia, wzrasta przy otwieraniu zaworu sterującego 34 dodatkowej dyszy powietrznej 12 dostarczającej powietrze. W wyniku tego, ponieważ prędkość spalania staje się większa niż w warunkach małego stężenia tlenu, to zapłon cząstek paliwa może się odbywać z utworzeniem płomienia 20 blisko dyszy paliwowej 11.

W warunkach duż ego obciążenia, pł omie ń 20 powstaje w miejscu odległ ym od palnika na paliwo stałe, dla zmniejszenia obciążenia termicznego w pobliżu palnika na paliwo stałe. Zatem w niniejszej, szóstej odmianie wykonania, ilość dostarczanego powietrza zmniejsza się w porównaniu z przypadkiem warunków małego obciążenia, przez zamknięcie zaworu 34 regulacji przepływu dodatkowej dyszy powietrznej 12. Wtedy stężenie tlenu w strumieniu paliwowym 16 w miejscu bliskim pierścienia stabilizacyjnego 23 staje się mniejsze, niż w warunkach małego obciążenia powodując zmniejszenie prędkości spalania. Dlatego, temperatura przepływu cyrkulacyjnego wytwarzanego po stronie odpływowej pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia obniża się powodując zmniejszenie ilości ciepła promieniowania otrzymywanego przez konstrukcję palnika na paliwo stałe, i odpowiednio do tego może zmniejszać się występowanie oblepiania.

PL 199 728 B1

Figura 15 przedstawia stan, w którym płomień 20 palnika na paliwo stałe jest tworzony oddzielnie od przepływu cyrkulacyjnego 19 po stronie odpływowej pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia, kiedy palnik na paliwo stałe w szóstej odmianie wykonania jest wykorzystywany w warunkach dużego obciążenia.

Przekrój poziomy urządzenia spalającego wykorzystującego szóstą odmianę wykonania palników 42 na paliwo stałe jest taki sam, jak na fig. 4. Kiedy palniki 42 na paliwo stałe są wykorzystywane w warunkach dużego obciążenia, jak to pokazano na fig. 15, korzystne jest, jeż eli płomienie 20 są wzajemnie mieszane wewnątrz pieca 41 dla zmniejszenia prawdopodobieństwa wystąpienia wygaszenia płomienia.

W celu zmniejszenia iloś ci tlenków azotu NOx powstają cych przy spalaniu, korzystne jest sterowanie ilością powietrza, tak aby stosunek ogólnej ilości powietrza dostarczanego z dyszy powietrznej i dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej, do ilości powietrza niezbędnej do pełnego spalania substancji lotnych wynosił od 0,85 do 0,95.

Większość paliwa spalana jest przy mieszaniu z powietrzem podawanym z opisanych powyżej dysz w dyszy paliwowej 11 (pierwszy etap), a następnie jest spalana przy mieszaniu z wtórnym strumieniem 17 powietrza i trzeciorzędowy strumieniem 18 powietrza (drugi etap). Poza tym, w przypadku, kiedy po odpływowej stronie palnika na paliwo stałe jest rozmieszczone okno 49 powietrza dodatkowego (patrz fig. 10), do wprowadzania powietrza do urządzenia spalającego 41, to paliwo jest całkowicie spalane przy mieszaniu z powietrzem dostarczanym z okna 49 powietrza dodatkowego (trzeci etap). Substancje lotne zawarte w paliwie są spalane w pierwszym etapie opisanym powyżej, ponieważ prędkość spalania substancji lotnych jest większa niż paliwa stałego.

Wtedy, kiedy proporcja powietrza do substancji lotnych jest ustawiona na 0,85 do 0,95, spalanie paliwa może być przyspieszane i spalanie będzie odbywało się przy wysokiej temperaturze płomienia, jakkolwiek występują niedobory tlenu. Ponieważ paliwo przy niedoborze tlenu jest spalane redukcyjnie w pierwszym etapie spalania, to tlenki azotu (NOx) powstające z azotu zawartego w paliwie i azotu powietrza ulegają konwersji w nieszkodliwy azot, i odpowiednio do tego, ilość NOx odprowadzanego z pieca 41 moż e się zmniejszyć . Ponieważ paliwo reaguje w wysokiej temperaturze, to reakcja drugiego etapu zostaje przyspieszona, i zmniejsza się ilość składników nie spalonych.

Jak to pokazano na fig. 14, przedstawiającej palnik na paliwo stałe widziany od strony urządzenia spalającego, palnik na paliwo stałe według niniejszej, szóstej, odmiany wykonania jest cylindryczny, z umieszczoną w nim koncentrycznie dyszą paliwową 11, cylindryczną dyszą wtórną 13 i cylindryczną dyszą trzeciorzędową.

Figura 16 przedstawia inny przykład części dyszowej palnika na paliwo stałe. Dysza paliwowa 11 może być prostokątna, koncentrator, stanowiący przeszkodę 33, może być trójkątny, lub też konstrukcyjna dyszy powietrznej może być taka, że dysza paliwowa wstawiona jest między przynajmniej część zewnętrzną każdej z dysz powietrznych, jak na przykład wtórnej dyszy powietrznej 13, trzeciorzędowej dyszy powietrznej 14 itp. Poza tym powietrze od zewnątrz może być podawane z dyszy pojedynczej, lub konstrukcji dyszowej podzielonej na trzy lub więcej części.

Figura 17 przedstawia w przekroju siódmą odmianę wykonania palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku, przy czym wewnątrz palnika na paliwo stałe, miejsce zainstalowania dodatkowej dyszy powietrznej jest zmienione. Jak to pokazano na fig. 17, dodatkowa dysza powietrzna 12 może wyrzucać powietrze ze ścianki separacyjnej na obwodzie dyszy paliwowej w kierunku środka zamiast wyrzucania powietrza z części środkowej dyszy paliwowej w stronę zewnętrzną, jak to pokazano na fig. 13.

Korzystne jest, jeżeli dodatkowa dysza powietrzna 12 jest umieszczona w części, gdzie kanał przepływowy dyszy paliwowej rozszerza się. Przy umieszczeniu wylotu dodatkowej dyszy powietrznej w rozszerzają cej się części kanał u przepł ywowego, gdzie trudna do indukowania jest skł adowa prę dkości od kanału przepływowego do powierzchni ściany, jest możliwe osłabienie wnikania lub gromadzenia się cząstek paliwa w dodatkowej dyszy powietrznej.

W celu zapobież enia zjawisku zapł onu wstecznego, i cofnię cia się pł omienia do dyszy paliwowej 11, spowodowanego zapłonem paliwa wewnątrz dyszy paliwowej 11, korzystne jest wyznaczenie położenia dodatkowej dyszy powietrznej 12 tak, aby czas pozostawiania paliwa w dyszy paliwowej 11 był krótszy od czasu opóźnienia zapłonu. Zwykle wskaźnik opóźnienia czasowego zapłonu paliwa gazowego wynosi w przybliżeniu 0,1 sekundy, i jest mniejszy od opóźnienia czasowego zapłonu pulweryzowanego węgla, i wskaźnika prędkości przepływu wewnątrz dyszy paliwowej 11. Na przykład

PL 199 728 B1 odległość między wylotem dyszy paliwowej 11 a wylotem dodatkowej dyszy powietrznej 12 ustawia się na wartość mniejszą od około 1 m.

Figura 18 przedstawia w przekroju w ósmej odmianie wykonania konstrukcję palnika na paliwo stałe, który nie ma koncentratora. W szóstej odmianie wykonania, w dyszy paliwowej 11 umieszczony jest koncentrator, czyli przeszkoda 33. Natomiast, jak to pokazano na fig. 18, kiedy powietrze jest wyrzucane z dodatkowej dyszy powietrznej w kierunku prawie prostopadłym do kierunku strugi paliwa przepływającej wewnątrz dyszy paliwowej 11, ta struga paliwa jest mieszana wzajemnie z powietrzem, podobnie, jak w przypadku pierwszej odmiany wykonania bez koncentratora, czyli przeszkody 33.

Każda z figur, fig. 19 i fig. 20, przedstawia w przekroju strukturę dziewiątej odmiany wykonania palnika na paliwo stałe według niniejszego wynalazku. Figura 19 przedstawia stan, w którym odbywa się spalanie w urządzeniu spalającym 41 paliwa wyrzuconego z palnika na paliwo stałe w warunkach małego obciążenia, a fig. 20 przedstawia stan, w którym odbywa się spalanie paliwa wyrzuconego z palnika na paliwo stałe w warunkach dużego obciążenia.

Główna różnica między niniejszą, dziewiątą odmianą wykonania a szóstą odmianą wykonania polega na tym, że przed częścią końcową zewnętrznej separacyjnej ścianki dyszy paliwowej nie jest umieszczony pierścień stabilizacyjny 23 płomienia ani prowadnica 25. W niniejszej, dziewiątej odmianie wykonania, do zmiany kształtu płomienia 20 bez pierścienia stabilizacyjnego 23 płomienia i prowadnicy 25 wykorzystuje się zawirowywacz 27 we wtórnym kanale przepływowym powietrza.

W warunkach mał ego obciążenia, przy podawaniu powietrza z dodatkowej dyszy powietrznej, stężenie tlenu w strudze paliwowej 16 wzrasta w pobliżu zewnętrznej ścianki separacyjnej 22 dyszy paliwowej. Ponieważ szybkość spalania wzrasta w porównaniu z przypadkiem małego stężenia tlenu, to zapłon cząstek paliwa zostaje przyspieszony, powodując tworzenie się płomienia 20 począwszy od miejsca w pobliżu dyszy paliwowej 11.

W niniejszej, dziewiątej odmianie wykonania, dużą prędkość zawirowania (zwykle jednego lub więcej wirów) nadaje się powietrzu wtórnemu z zastosowaniem zawirowywacza 27 umieszczonego we wtórnym kanale przepływowym. Po wyrzucie z wtórnej dyszy powietrznej 13 strumień płynącego powietrza wtórnego 17 rozszerza się w kierunku odchylonym od kierunku strugi paliwowej 16 pod działaniem siły odśrodkowej przy prędkości zawirowywania. Przy tym, ciśnienie w strefie między strugą paliwową a wtórnym strumieniem 17 powietrza zmniejsza się, indukując przepływ cyrkulacyjny, który odbywa się w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu strug, między wtórnym strumieniem 17 powietrza a strugą paliwową

16. Kiedy prędkość przepływu wtórnego przepływu powietrza zmniejsza się prawie do zera, przy zainstalowaniu tłumika do zmniejszania prędkości przepływu we wtórnym kanale przepływowym powietrza może być indukowany cyrkulacyjny przepływ pomiędzy wtórnym strumieniem 17 powietrza a strugą paliwową 16.

W warunkach dużego obciążenia, płomień 20 jest tworzony w miejscu odległym od palnika na paliwo stałe, dla zmniejszenia obciążenia termicznego wokół palnika na paliwo stałe. Dlatego ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej 12 się zmniejsza. W miarę zmniejszania ilości podawanego powietrza dodatkowego, stężenie tlenu w strudze paliwowej 16 przy zewnętrznej ściance separacyjnej 22 dyszy paliwowej obniża się w stosunku do warunków małego obciążenia, powodując zmniejszenie szybkości spalania.

Poza tym, w niniejszej, dziewiątej odmianie wykonania, prędkość zawirowywania nadana powietrzu wtórnemu jest osłabiana za pomocą zawirowywacza 27 umieszczonego we wtórnym kanale przepływowym. Ponieważ strumień powietrza wtórnego 17 przepływa równolegle do strugi paliwowej 16 po wyrzucie z wtórnej dyszy powietrznej 13, to przepływ cyrkulacyjny 19 strumienia o odwrotnym kierunku nie jest wytwarzany w strefie między strugą paliwową 16 a wtórnym przepływem powietrznym 17. Przy otwarciu tłumika zamocowanego we wtórnym kanale przepływowym dla zwiększenia prędkości przepływu powietrza wtórnego, możliwe jest zapobieżenie powstaniu przepływu cyrkulacyjnego 19 o odwrotnym kierunku przepływu w strefie między strugą paliwową 16 a wtórnym strumieniem 17 powietrza.

Figura 21 przedstawia przykład innej konstrukcji pierścienia stabilizacyjnego płomienia. W niniejszej, dziewiątej odmianie wykonania, może być zainstalowany zębaty pierścień stabilizacyjny 54 płomienia, jak to pokazano na fig. 21. Paliwo przepływa dookoła, na tylną stronę zębatego pierścienia stabilizacyjnego 54 płomienia dla ułatwienia ich zapłonu. Znaczy to, że paliwo jest zapalane po tylnej stronie zębatego pierścienia stabilizacyjnego 54 płomienia.

Konstrukcja urządzenia spalającego wykorzystującego palnik na paliwo stałe przedstawiony w odmianach wykonania od szóstej do dziewiątej jest taki sam, jak na fig. 10 i 11.

Według niniejszego wynalazku możliwe jest wykonanie palnika na paliwo stałe, zawierającego środki do przyspieszania mieszania cząstek paliwa z powietrzem wewnątrz dyszy paliwowej, dla staPL 199 728 B1 bilnego spalania paliwa, i dla zapobieżenia występowaniu oblepiania powodowanego przez popiół ze spalania, w szerokim zakresie warunków, od warunków dużego obciążenia do warunków obciążenia małego, bez zmiany odległości od wylotu dodatkowej dyszy powietrznej do wylotu dyszy paliwowej, nawet przy stosowaniu paliwa o niskim stopniu uwęglenia, jak węgiel brunatny, lignit itp.

Ponadto, możliwe jest opracowanie metody spalania z użyciem palnika na paliwo stałe zawierającego środki przyspieszania mieszania cząstek paliwa z powietrzem, dla stabilnego spalania paliwa i dla zapobiegania wystąpienia oblepiania powodowanego popiołem spalania, i opracowanie urządzenia spalającego zawierającego palnik na paliwo stałe, przy czym sposób działania urządzenia obejmuje palnik na paliwo stałe i opalany węglem kocioł zaopatrzony w palnik na paliwo stałe.

Claims

1. Palnik na paliwo stałe, zawierający dyszę paliwową do wyrzucania płynu mieszanego z paliwa stałego i gazu transportującego i przynajmniej jedną zewnętrzną dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza, umieszczoną na zewnątrz dyszy paliwowej, znamienny tym, że zawiera dodatkową dyszę powietrzną (12) do wyrzucania powietrza do dyszy paliwowej (11) w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu mieszanego płynu, zaś wylot dodatkowej dyszy powietrznej (12) znajduje się w miejscu usytuowanym w palniku przed, licząc w kierunku przepływu, wylotem dyszy paliwowej (11).

2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowa dysza powietrzna (12) jest umieszczona w centralnej części dyszy paliwowej (11).

3. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowa dysza powietrzna (12) jest umieszczona w części ścianki separującej (22), służącej do oddzielania dyszy paliwowej (11) od zewnętrznej dyszy powietrznej (13).

4. Palnik według zastrz. 3, znamienny tym, że w dyszy paliwowej (11) jest umieszczony separator (35) do dzielenia kanału przepływowego, przy czym gazem transportującym jest gaz o stężeniu tlenu mniejszym od stężenia tlenu w powietrzu, a ujście dodatkowej dyszy powietrznej (12) znajduje się w miejscu, gdzie wylot pokrywa się z separatorem (35), przy obserwacji ujścia z kierunku prostopadłego do osi palnika.

5. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnątrz dyszy paliwowej (11), po stronie dopływowej wylotu dodatkowej dyszy powietrznej (12), umieszczona jest przeszkoda (33), przy czym przeszkoda (33) składa się z części zwężającego się, i z części rozszerzającego się pola przekroju kanału przepływowego wewnątrz dyszy paliwowej (11), przy czym te części są umieszczone kolejno, część zwężająca, część rozszerzająca, od strony dopływu do palnika.

6. Palnik według zastrz. 5, znamienny tym, że dodatkowa dysza powietrzna (12) do wyrzucania powietrza w kierunku w przybliżeniu prostopadłym do kierunku przepływu mieszanego płynu (16) umieszczona jest w części zwężającego się pola przekroju kanału przepływowego przeszkody (33) lub w części rozszerzają cego się pola przekroju kanału przepływowego, usytuowanej za, licząc w kierunku przepływu, częścią zwężającego się pola przekroju kanału przepływowego.

7. Palnik według zastrz. 4, znamienny tym, że wewnątrz dyszy paliwowej (11), po stronie dopływowej wylotu dodatkowej dyszy powietrznej (12), umieszczona jest przeszkoda (33), przy czym przeszkoda (33) składa się z części zwężającego się, i z części rozszerzającego się pola przekroju kanału przepływowego wewnątrz dyszy paliwowej (11), przy czym te części są umieszczone kolejno, część zwężająca, część rozszerzająca, od strony dopływu do palnika, i w części końcowej, od strony dopływowej separatora (35), w kanale przepływowym dyszy paliwowej (11) podzielonej tym separatorem (35), pole przekroju kanału przepływowego po stronie rozmieszczenia dodatkowej dyszy powietrznej (12) jest większe od pola przekroju kanału przepływowego zwężonego przeszkodą (33).

8. Palnik według zastrz. 4, znamienny tym, że separator (35) jest ukształtowany z cylindrycznej lub stożkowej struktury z cienkiej płytki, zaś palnik (42) na paliwo stałe zawiera element zwężający (32) kanał przepływowy po stronie dopływowej separatora (35), który zwęża kanał przepływowy od zewnętrznej strony obwodowej dyszy paliwowej (11), oraz koncentrator (33) po odpływowej stronie elementu zwężającego (32) kanał przepływowy, przy czym koncentrator (33) zwęża kanał przepływowy od strony środkowej osi dyszy paliwowej (11).

9. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że na przednim końcu ścianki separacyjnej (22) do rozdzielania dyszy paliwowej (11) i zewnętrznej dyszy powietrznej (13) umieszczona jest przeszkoda (23), przy czym przeszkoda (23) blokuje przepływ paliwa stałego i gazu transportującego to

PL 199 728 B1 paliwo stałe, wyrzucanego z dyszy paliwowej (11), i przepływ powietrza wyrzucanego z tej dyszy powietrznej (13).

10. Palnik według zastrz. 9, znamienny tym, że przeszkodę (23) stanowi zębaty pierścień stabilizacyjny (54) płomienia, umieszczony na powierzchni ściany w wylocie dyszy paliwowej (11).

11. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że w zewnętrznej dyszy powietrznej (13, 14) jest zainstalowany zawirowywacz (27, 28).

12. Sposób spalania, za pomocą palnika na paliwo stałe, zawierającego dyszę paliwową do wyrzucania płynu mieszanego z paliwa stałego i gazu transportującego i przynajmniej jedną zewnętrzną dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza, umieszczoną na zewnątrz dyszy paliwowej, znamienny tym, że wstrzykuje się powietrze do dyszy paliwowej (11) w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu mieszanego płynu za pomocą dodatkowej dyszy powietrznej (12) usytuowanej w tym palniku (42) na paliwo stałe i mającej wylot usytuowany w tym palniku (42) na paliwo stałe przed, licząc w kierunku przepływu, wylotem dyszy paliwowej (11) i kiedy obciążenie spalania jest niskie, zwiększa się ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej (12), a kiedy obciążenie spalania jest wysokie, zmniejsza się ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej (12).

13. Sposób spalania według zastrz. 12, znamienny tym, że kiedy obciążenie spalania jest niskie, ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej (12) zwiększa się, a przepływ powietrza dostarczanego z tej zewnętrznej dyszy powietrznej (13) spośród zewnętrznych dysz powietrznych, która jest najbliższa dyszy paliwowej (11) zmniejsza się, czyli zwiększa się intensywność zawirowania; a kiedy obciążenie spalania jest duże, ilość powietrza dostarczanego z dodatkowej dyszy powietrznej (12) zmniejsza się, a prędkość przepływu powietrza dostarczanego z tej zewnętrznej dyszy powietrznej (13) spośród zewnętrznych dysz powietrznych, która jest najbliższa dyszy paliwowej (11) zwiększa się, czyli zmniejsza się intensywność zawirowania.

14. Sposób spalania według zastrz. 12, znamienny tym, że stężenie tlenu w zewnętrznej części obwodowej na płaszczyźnie przekroju wylotu dyszy paliwowej (11) zwiększa się bardziej, niż stężenie tlenu w części centralnej.

15. Sposób spalania według zastrz. 12, znamienny tym, że stężenie tlenu i stężenie paliwa w zewnętrznej części obwodowej na płaszczyźnie przekroju wylotu dyszy paliwowej (11) zwię ksza się bardziej, niż stężenie tlenu i stężenie paliwa w części centralnej.

16. Sposób spalania według zastrz. 12, znamienny tym, że przy wylotowym przekroju dyszy paliwowej (11), kształtuje się strefę, w której zarówno stężenie paliwa, jak i stężenie tlenu są większe od wartości średnich, odpowiednio, stężenia paliwa i stężenia tlenu; i strefę, w której zarówno stężenie paliwa, jak i stężenie tlenu są mniejsze od wartości średnich, odpowiednio, stężenia paliwa i stężenia tlenu.

17. Urządzenie spalające, zawierające piec z zespołem palników na paliwo stałe, z których każdy posiada dyszę paliwową, do wyrzucania płynu mieszanego z paliwa stałego i gazu transportującego i przynajmniej jedną zewnętrzną dyszę powietrzną do wyrzucania powietrza, umieszczoną na zewnątrz dyszy paliwowej, lej samowyładowczy, podajnik węgla, pulweryzator, zasilany paliwem, które jest mieszane z gazami spalinowymi odprowadzanymi z górnej części urządzenia spalającego i wewnątrz przewodu odprowadzającego gazy spalinowe w kierunku odpływowym podajnika węgla, rurę paliwową, do podawania rozdrobnionego przez pulweryzator paliwa do palników. na paliwo stałe i dmuchawę , do dostarczania powietrza do palników na paliwo stał e, znamienne tym, ż e każ dy z palników (42) na paliwo stałe zawiera dodatkową dyszę powietrzną (12) do wyrzucania powietrza do dyszy paliwowej (11) w kierunku prawie prostopadłym do kierunku przepływu mieszanego płynu, zaś wylot dodatkowej dyszy powietrznej (12) znajduje się w miejscu usytuowanym w tym palniku przed, licząc w kierunku przepływu, wylotem dyszy paliwowej (11), zaś urządzenie zawiera ponadto detektor (47) płomienia małego obciążenia lub termometr bądź pirometr radiacyjny, do monitorowania płomienia ukształtowanego w każdym z palników (42) na paliwo stałe w warunkach małego obciążenia, detektor (48) płomienia dużego obciążenia lub termometr bądź pirometr radiacyjny, do monitorowania kształtowanych płomieni w pewnym położeniu odległym od palników (42) na paliwo stałe w warunkach dużego obciążenia, oraz środki regulacji, do sterowania ilością powietrza wyrzucanego z dodatkowej dyszy powietrznej (12) na podstawie sygnału z przyrządów pomiarowych.

18. Urządzenie spalające według zastrz. 17, znamienne tym, że przy dużym obciążeniu spalania urządzenia spalającego (41), płomień paliwa stałego jest oddalony od palnika (42) na paliwo stałe, zaś przy małym obciążeniu spalania urządzenia spalającego (41), płomień paliwa stałego jest usytuowany bezpośrednio przy wylocie dyszy paliwowej (11) palnika (42) na paliwo stałe.