PL199944B1 - Palnik i sposób spalania paliwa pyłowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest palnik do spalania paliwa py lowego, zw laszcza zmielonego w egla zawieraj acego duza ilo sc substancji niepalnych, który obejmuje rur e powie- trza wtórnego (3), usytuowan a wokó l osi wzd lu znej (27) palnika i zamkni eta scian a czo low a (38) przy zako nczeniu oddalonym od wylotu (2) palnika, s luzac a do wprowadzania ca lej ilo sci powietrza wtórnego. Poza tym palnik posiada rur e (4) przep lywu mieszaniny pierwotnej, otaczaj ac a kon- centrycznie rur e powietrza wtórnego (3), a mi edzy tymi rurami utworzony jest kana l o przekroju pier scieniowym (9), przy czym rura (4) s luzy do podawania powietrza pierwot- nego, wzgl ednie innego gazu i paliwa i posiada obszar stabilizacyjny (49) usytuowany patrz ac zgodnie z kierun- kiem przep lywu mieszaniny pierwotnej (20), przed rur a powietrza wtórnego (3). Obudowa wlotowa (28) palnika otacza, patrz ac wzd lu z obwodu, przynajmniej w pewnej cz esci, rur e (4) przep lywu mieszaniny pierwotnej i tworzy promieniowy kana l (40), s lu zacy do wprowadzania powietrza wtórnego (19). Kana l (40) jest po laczony z przestrzeni a wewn etrzn a rury powietrza wtórnego za pomoc a dwóch kana- lów przelotowych (35) przechodz acych poprzecznie przez pier scieniowy kana l (9), s lu zacych do wprowadzania strumienia powietrza wtórnego (19) pochodz acego z kana lu (40) do rury (3) powietrza wtórnego. Przedmiot wynalazku obejmu- je równie z sposób dzia lania palnika tego rodzaju. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest palnik i sposób spalania paliwa pyłowego, zwłaszcza zmielonego węgla zawierającego dużą ilość substancji niepalnych.

Palniki do spalania paliwa pyłowego, zwłaszcza zmielonego węgla są powszechnie znane, przykładowo z publikacji „Entwicklung von schadstoffarmen Staubfeurungssystemen, wydawnictwo VGB Kraftwerkstechnik 76 (1996), Zeszyt 5. Rozróżnia się zasadniczo dwa rodzaje palników do spalania paliwa pyłowego, to znaczy zwykle stosuje się strumieniowe palniki o przekroju prostokątnym i palniki o przekroju kołowym, które wykonane są zwykle jako palniki wirowe lub fluidalne. Palniki strumieniowe posiadają zwykle dyszę pyłową, poprzez którą paliwo przenoszone jest do komory spalania, za pomocą gazu nośnego, którym może być powietrze pierwotne, lub inny gaz, a poza tym wyposażone są również w dyszę powietrza górnego i dolnego, które przylegają do dyszy pyłowej, poprzez które, do przestrzeni spalania wprowadzane jest powietrze wtórne. Każda z dysz ma prostokątny przekrój poprzeczny. Często palniki strumieniowe posiadają większą ilość dysz pyłowych, zwłaszcza dwie, do czterech dysz. W takim przypadku, dysze powietrza górnego i dolnego, leżące między dwiema dyszami pyłowymi mogą być przymocowane do dyszy powietrza pośredniego.

Przy zastosowaniu palnika pyłowego tego rodzaju do spalania węgla brunatnego, węgiel brunatny jest mielony zwykle w młynach wentylatorowych, przy czym jednocześnie jest on suszony za pomocą gorących spalin zawracanych, względnie odciąganych z przestrzeni spalania, względnie komory spalania i przy wykorzystaniu wentylatorów młynowych, pył węgla brunatnego transportowany jest do palnika. Dzięki temu z dyszy pyłowej wypływa mieszanina pyłu węglowego, spalin, pary wodnej i powietrza pierwotnego, która następnie, określana jako mieszanina pierwotna, wpływa do przestrzeni spalania. Z dyszy powietrza górnego i dolnego, i ewentualnie powietrza pośredniego wypływa powietrze wtórne. Wewnątrz dysz pyłowych o przekroju prostokątnym zamontowane są z reguły rury rdzeniowe, poprzez które wypływa mniejsza część powietrza koniecznego do spalania.

Strefa zapłonu palnika strumieniowego tego rodzaju usytuowana jest z reguły w pewnej określonej odległości od wylotu palnika, a właściwie w obszarze, w którym dochodzi do kontaktu między strumieniami powietrza wtórnego i strumieniem pyłu. Przy tym strumień pyłu jest przede wszystkim podgrzewany do temperatury zapłonu gorącymi spalinami, zasysanymi z przestrzeni spalania i następuje jego piroliza. Ze względu na geometryczne rozmieszczenie dysz paliwowych i powietrznych, gorące spaliny zawrócone z obiegu, odsysane są przy bocznych powierzchniach prostokątnych dysz. Na powierzchni górnej i dolnej nie może nastąpić podgrzewanie i piroliza strumienia pyłu, ponieważ powierzchnie te omywane są strumieniami powietrza wtórnego.

Opisany wyżej palnik prostokątny jest stosowany jako optymalna podstawowa konstrukcja dla przeważającej liczby występujących na całym świecie rodzajów węgla brunatnego, ze względu na wysoką stabilność zapłonu i poziom emisji NO_X oraz powstawanie warstw miękkiego popiołu w przestrzeni spalania. W przypadku węgli brunatnych, które zawierają szczególnie dużą ilość substancji niepalnych, tworzących balast, ze względu na bardzo wysoką zawartość wody i lub popiołu, alternatywnie, lub uzupełniająco pożądane jest zwykle przy tego rodzaju paliwach, wykorzystanie oddzielania oparów, co sprzyja podniesieniu stabilności zapłonu poprzez wykorzystanie odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych. W przypadku wyżej opisanych palników strumieniowych, niekorzystne jest to, że ze względu na rozmieszczenie geometryczne nie może być wykorzystywany cały zakres strumienia pyłu dyszy pyłowej do zasysania gorących spalin i w związku z tym, nie można osiągnąć pełnozakresowego podgrzewania strumienia pyłu. Podobnie, zależnie od warunków brzegowych, pierwszeństwo dla działania płomienia może polegać na tym, że aby nastąpiło zwiększenie gęstości reakcji w pobliżu palnika, na przykład aby w przypadku malej przestrzeni spalania, zabezpieczyć wystarczający stopień wypalenia paliwa. Palniki strumieniowe, ze względu na zależności przepływu, charakteryzują się niższą gęstością reakcji, niż palniki wirowe, lub o przekroju okrągłym.

Obok palników strumieniowych znane są również palniki o przekroju okrągłym, posiadające centralną okrągłą rurę, przez którą przepływa pył, względnie mieszanina pierwotna i koncentryczną rurę przepływu powietrza wtórnego, która otacza rurę centralną, podającą pył a między obydwiema rurami jest utworzony kanał o przekroju pierścieniowym. Poprzez rurę centralną i rurę przepływu mieszaniny pierwotnej podawany jest pył wraz z powietrzem pierwotnym lub innym gazem, a poprzez kanał o okrągłym przekroju pierścieniowym, podawane jest do przestrzeni spalania, powietrze wtórne. Przy takich palnikach o przekroju okrągłym, w większości przypadków zarówno powietrze wtórne, jak i strumień podlegają zawirowaniu. W tym celu, przykładowo, w rurze przenoszącej pył występują łoPL 199 944 B1 patki zawirowujące a na powierzchni od strony przepływu powietrza wtórnego umieszczona jest spiralna obudowa wlotowa dla powietrza wtórnego, wyposażona w styczne doprowadzenie powietrza. Jak w przypadku palników strumieniowych, również w palnikach o przekroju okrągłym, wewnątrz centralnych rur o przekroju okrągłym, mogą być zainstalowane rury rdzeniowe, z których może być podawana do przestrzeni spalania mniejsza część powietrza koniecznego do spalania.

W przypadku znanych konstrukcji palników o przekroju okrągłym, z zawirowanym przepływem pyłu, niekorzystne jest to, że w związku z zawirowaniem przepływu pyłu, powstaje strata ciśnieniowa, która musi być dodatkowo uwzględniona w trakcie pracy młyna wentylatorowego. W tym celu zwykle konieczne jest zwiększenie prędkości obrotowej młyna wentylatorowego lub zastosowanie w konstrukcji młyna innych środków technicznych, rekompensujących tę stratę, które jednak zwiększają zapotrzebowanie na energię i powodują większe ogólne zużycie młyna, a zwłaszcza łopat jego wirnika. Inna wada polega na tym, że od strony przepływu pyłu występuje zużycie łopatek zawirowujących. W związku z geometryczną strukturą palnika, wyposażonego w centralną rurę dla przepływu pyłu, i w koncentrycznie usytuowaną rurę przepływu powietrza wtórnego, niekorzystne jest to, że rura centralna ma tylko jednorazowy kontakt z gorącymi spalinami, pochodzącymi z przestrzeni spalania, dzięki wewnętrznej recyrkulacji spalin w kierunku jądra płomienia powstającego podczas spalania, jednak całkowity obwód zewnętrzny strumienia pyłu nie ma bezpośredniego kontaktu z gorącymi spalinami, pochodzącymi z przestrzeni spalania, tak, że wzdłuż całego obwodu, strumień gorących spalin, pochodzących z przestrzeni spalania, może być dodawany tylko poprzez stosunkowo zimny strumień powietrza wtórnego. W związku z tym, utrudnione jest wcześniejsze nagrzewanie i proces pirolizy strumienia pyłu.

Z opisu skrótu patentu Japonii, publikacja nr 58011308 A, znana jest konstrukcja palnika na pył węglowy, który posiada doprowadzenie powietrza znajdujące się w rurze centralnej i doprowadzenie pyłu węglowego znajdujące się w kanale pierścieniowym, który utworzony jest przez wewnętrzną rurę doprowadzającą powietrze i otaczającą ją, zewnętrzną rurę doprowadzającą pył węglowy. W związku ze skośnym względem osi wzdłużnej palnika, i mimośrodowym wprowadzaniem strumienia pyłu węglowego posiadającego właściwości ścierne, względnie erozyjne, w kanale doprowadzającym pył węglowy konieczne jest zastosowanie kosztownych i wymagających szczególnej konserwacji, wykładzin ceramicznych na wewnętrznej ścianie rury doprowadzającej pył węglowy i na zewnętrznej ścianie, aby umożliwić eksploatację palnika pyłowego w rozsądnym okresie czasu.

Pos. I i II rysunku przedmiotowego zgłoszenia przedstawia konstrukcję palnika strumieniowego, znaną ze stanu techniki. Palniki te zawierają dyszę pyłową 24, dolną dyszę powietrzną 25 i górną dyszę powietrzną 26, przy czym dysze te posiadają prostokątny przekrój poprzeczny. Całkowita konstrukcja palnika obejmuje w większości przypadków większą ilość dysz pyłowych 24, przeważnie dwie lub trzy. W tym przypadku dolna i górna dysza powietrzna, usytuowane pionowo między dyszami pyłowymi 24, mogą być zmontowane wspólnie i tworzyć wylot powietrza pośredniego.

Węgiel brunatny przeważnie mielony jest w młynach wentylatorowych, przy czym jest on suszony za pomocą gorących spalin zawracanych z komory spalania, względnie przestrzeni spalania 10 i dzięki wentylacji powodowanej przez młyn wentylatorowy, który nie został przedstawiony na rysunku, doprowadzany jest do dysz pyłowych 24. Mieszanina pyłu palnego, spalin, pary wodnej i powietrza pierwotnego, określana tu jako mieszanina pierwotna, wypływa z dyszy pyłowej 24 do przestrzeni spalania 10. Z dolnej i górnej dyszy powietrznej 25, 26 wypływa powietrze wtórne. Wewnątrz prostokątnej dyszy pyłowej zamontowana jest z reguły, nie przedstawiona na rysunku, rdzeniowa rura powietrzna, z której wypływa mniejsza część powietrza koniecznego do spalania.

Pos. II przedstawia przekrój wzdłużny palnika strumieniowego, wyposażonego w wylot strumieni do przestrzeni spalania 10. Strefa zapłonowa 18 palnika tego rodzaju leży z reguły w określonej odległości od wylotu palnika i w obszarze, w którym dochodzi do kontaktu między strumieniami powietrza wtórnego 19 i strumieniem pyłu 20, przy tym strumień pyłu 20 podgrzewany jest najpierw spalinami 21, zasysanymi z przestrzeni spalania 10 do temperatury zapłonu, a następnie zachodzi jego piroliza. Ze względu na rozmieszczenie geometryczne dysz pyłowych 24 i powietrznych 25, 26 zawracany strumień spalin 21 zasysany jest zasadniczo na powierzchnie boczne dyszy pyłowej 24 (pos. l).

Pos. III i IV przedstawiają konstrukcję palnika o przekroju kołowym lub palnika wirowego, względnie palnika fluidalnego, znana ze stanu techniki, który posiada centralnie usytuowaną rurę pyłową, względnie rurę 4, przez którą przepływa mieszanina pierwotna, przy czym rury te mają kołowy przekrój poprzeczny, a współosiowo z tymi rurami usytuowana jest rura 3 powietrza wtórnego. W przypadku tych palników o przekroju kołowym, zawirowywany jest zarówno strumień powietrza

PL 199 944 B1 wtórnego 19, jak również strumień pyłu 20. W tym celu, w rurze pyłowej 4 zainstalowane są łopatki zawirowujące 12, a od strony dopływu powietrza wtórnego, znajduje się spiralna obudowa dopływowa powietrza wtórnego 28 wyposażona w styczny dopływ powietrza.

Przedmiotem wynalazku jest palnik do spalania paliwa pyłowego, zwłaszcza pyłu węglowego, obciążonego substancjami niepalnymi, obejmujący rurę mieszaniny pierwotnej, do wprowadzania powietrza pierwotnego, względnie gazu pierwotnego i paliwa, i rurę powietrza wtórnego, służącą do wprowadzania powietrza wtórnego.

Istota wynalazku polega na tym, że rura powietrza wtórnego usytuowana jest wokół osi wzdłużnej palnika i zamknięta ścianą czołową, znajdującą się przy zakończeniu oddalonym od wylotu palnika, przez którą wprowadzany jest cały strumień powietrza wtórnego. Rura mieszaniny pierwotnej w tym rozwiązaniu otacza koncentrycznie rurę powietrza wtórnego tworząc kanał o pierścieniowym przekroju poprzecznym. Rura ta posiada obszar stabilizacji przepływu, usytuowany patrząc w kierunku przepływu mieszaniny pierwotnej, przed rurą powietrza wtórnego. Ponadto, patrząc w kierunku obwodowym, przynajmniej na pewnej części rury mieszaniny pierwotnej usytuowana jest obwodowo obudowa wlotowa, służąca do doprowadzania powietrza wtórnego, tworząca kanał promieniowy. Palnik według wynalazku posiada co najmniej dwa kanały przejściowe, łączące kanał z przestrzenią wewnętrzną rury powietrza wtórnego, i przekraczające kanał pierścieniowy, służące do wprowadzania strumienia powietrza wtórnego z kanału do rury powietrza wtórnego.

Korzystnie, kanał przejściowy palnika jest ukształtowany w ten sposób, że strumień powietrza wtórnego jest wprowadzany stycznie, promieniowo do leżącego między tymi kierunkami, obszaru kątowego rury powietrza wtórnego.

W palniku według wynalazku, kanał przejściowy, wyposażony jest w wirowe urządzenie regulacyjne, służące do wprowadzania strumienia powietrza wtórnego do rury powietrza wtórnego w kierunku stycznym lub promieniowym, lub mimośrodowo w stosunku do osi wzdłużnej rury powietrza wtórnego. Kanał obudowy wlotowej palnika posiada zasadniczo zmniejszoną głębokość o większym kącie obwodowym a obudowa wlotowa ma kształt spiralny.

Rura powietrza wtórnego lub co najmniej element od strony jej wylotu jest zamocowany osiowo - przesuwnie wewnątrz rury mieszaniny pierwotnej, przy czym płaszczyzna wylotu rury powietrza wtórnego usytuowana jest od strony przepływu medium, patrząc w kierunku osi wzdłużnej, zgodnie z kierunkiem przepływu lub w kierunku przeciwnym, lub na takiej samej płaszczyźnie wylotu rury mieszaniny pierwotnej.

Ściana czołowa rury powietrza wtórnego, oddalona od wylotu palnika, na powierzchni napływu mieszaniny pierwotnej posiada element odporny na zużycie, względnie skierowany przeciw napływającemu strumieniowi, natomiast ściana czołowa kanału przejściowego, oddalona od wylotu palnika, na powierzchni napływu mieszaniny pierwotnej posiada element odporny na zużycie względnie skierowany przeciw napływającemu strumieniowi.

Ściana czołowa kanału przejściowego, zbliżona do wylotu palnika, na powierzchni spływu mieszaniny pierwotnej posiada spoiler.

Rura powietrza wtórnego, na obwodzie zewnętrznym zakończenia od strony wylotu posiada pierścień spiętrzający a przy zakończeniu od strony wylotu posiada stożkowe rozszerzenia.

Wylot palnika według wynalazku wyposażony jest w większą liczbę segmentów spiętrzających, przy czym każdy z segmentów jest umieszczony promieniowo między rurą powietrza wtórnego i rurą mieszaniny pierwotnej i kątowo wzdłuż obszaru cząstkowego kołowego wylotu, znajdującego się między rurą powietrza wtórnego i rurą mieszaniny pierwotnej, a elementy spiętrzające są oddalone od siebie o tę samą odległość kątową.

Wewnątrz rury mieszaniny pierwotnej, względnie bezpośrednio przed rurą mieszaniny pierwotnej, od strony napływu strumienia umieszczone jest urządzenie zawirowujące.

Odległość między wylotem palnika i ścianą czołową obudowy wlotowej, skierowaną w kierunku do wylotu palnika zawiera się między połową średnicy rury powietrza wtórnego, i dziesięciokrotnością jej wymiaru.

Rura mieszaniny pierwotnej, przy jej zakończeniu wylotowym posiada stożkowe rozszerzenie, a przy części wewnętrznej powierzchni tej rury, przeciwległej do wylotu rury mieszaniny pierwotnej usytuowany jest co najmniej jeden element porównawczo-pomiarowy, umieszczony od strony przepływu ośrodka i zgodnie z jego kierunkiem przepływu, służący do porównawczego pomiaru strumienia mieszaniny pierwotnej.

PL 199 944 B1

W palniku według wynalazku, oś wzdłużna rur, w kierunku wylotu, jest nachylona do poziomu pod kątem od 0 do 20° a wzdłuż obwodu wewnętrznego, względnie wzdłuż powierzchni wewnętrznej rury mieszaniny pierwotnej, w obszarze rury powietrza wtórnego, względnie w obszarze wylotu rury powietrza wtórnego usytuowany jest korpus prowadzący 32, który obejmuje promieniowy wycinek kolistego kanału pierścieniowego.

Przewód doprowadzający mieszaniny pierwotnej od strony przepływu, bezpośrednio za wlotem rury mieszaniny pierwotnej, ukształtowany jest w postaci spiralnej obudowy mieszaniny pierwotnej, dla wytworzenia zawirowanego przepływu pyłu, względnie mieszaniny pierwotnej.

Palnik według wynalazku zawiera kanały przejściowe rozstawione między sobą w tej samej odległości kątowej, przy czym każdy z kanałów przejściowych obejmuje ten sam obszar kątowy kanału pierścieniowego.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób spalania paliwa pyłowego, zwłaszcza pyłu węglowego obciążonego substancjami niepalnymi, za pomocą palnika, który posiada rurę powietrza wtórnego i rurę mieszaniny pierwotnej.

Według tego wynalazku, palnik posiada centralnie usytuowaną rurę powietrza wtórnego i rurę mieszaniny pierwotnej, otaczającą koncentrycznie rurę powietrza wtórnego i tworzącą kanał o pierścieniowym przekroju poprzecznym. Do palnika, poprzez rurę powietrza wtórnego doprowadza się całą ilość doprowadzanego do palnika powietrza wtórnego, względnie przez rurę powietrza pierwotnego doprowadza się nadmiar powietrza, traktowanego jako powietrze pierwotne, a przez rurę mieszaniny pierwotnej doprowadza się mieszaninę pierwotną utworzoną z powietrza pierwotnego, względnie gazu pierwotnego i paliwa. Powietrze wtórne doprowadza się do rury powietrza wtórnego poprzez co najmniej dwa kanały przejściowe, przechodzące poprzecznie przez kanał pierścieniowy utworzony między rurą powietrza wtórnego i rurą mieszaniny pierwotnej.

Korzystnie, strumień powietrza wtórnego wprowadza się w kierunku promieniowym do rury powietrza wtórnego, za pomocą urządzenia zawirowującego, usytuowanego w kanale przejściowym, w kierunku stycznym lub mimośrodowo do osi rury powietrza wtórnego, przy czym tworzy się strumień wirowo-rotacyjny. Strumień dolotowy mieszaniny pierwotnej paliwa i gazu pierwotnego zawirowuje się w urządzeniu zawirowującym. W rozwiązaniu według wynalazku, poprzez osiowe przemieszczanie rury powietrza wtórnego lub wylotowej części tej rury, zmienia się położenie strefy zapłonu wewnątrz wylotu palnika, przy czym palnik ten działa w zakresie podstechiometrycznych warunków spalania.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku, została zaproponowana konstrukcja palnika i sposób jego działania, które posiadają następujące zalety:

Dzięki konstrukcji palnika według wynalazku, wyposażonego w centralną rurę doprowadzającą powietrze wtórne, i rurę, przez którą przepływa mieszanina pierwotna, otaczającą koncentrycznie wyżej wspomnianą rurę centralną, i tworzącą z nią kanał przepływowy o przekroju pierścienia kołowego, strumień pyłu, względnie strumień mieszaniny pierwotnej wypływający z rury mieszaniny pierwotnej, lub z rury pyłowej do przestrzeni spalania ma na całym obwodzie bezpośredni kontakt z gorącymi spalinami powstającymi w tej przestrzeni, które mogą być zatem bez przeszkód zasysane, a ich energia cieplna może być wykorzystywana do podgrzewania strumienia pyłu. W porównaniu do palników o przekroju okrągłym, w których zwykle strumień mieszaniny pierwotnej osłonięty jest strumieniem powietrza wtórnego, a zatem nie występują w nich powierzchnie kontaktowe między strumieniem mieszaniny pierwotnej, względnie strumieniem pyłu i gorącymi spalinami pochodzącymi z przestrzeni spalania, w przypadku palnika według wynalazku takie powierzchnie kontaktowe wytworzone zostały na całym obwodzie, a w porównaniu do palników strumieniowych, o prostokątnie ukształtowanych dyszach mieszaniny pierwotnej i powietrza wtórnego, powierzchnie kontaktowe między strumieniem mieszaniny pierwotnej, względnie strumieniem pyłu i gorącymi spalinami pochodzącymi z przestrzeni spalania zostały znacznie zwiększone. Zatem w palniku według wynalazku, wcześniejsze podgrzanie cząstek paliwa mieszaniny pierwotnej, względnie pyłu, do temperatury zapłonu zasadniczo poprawia warunki ich pirolizy i dzięki temu zwiększa znacznie stabilność zapłonu.

Dzięki temu, że obszar stabilizacji przepływu usytuowany jest od strony przepływu mieszaniny pierwotnej, w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu w rurze powietrza wtórnego, jest możliwe osiowe wprowadzenie strumienia mieszaniny pierwotnej do palnika, i dzięki temu osiąga się jednolity rozkład materiału stałego wzdłuż przekroju poprzecznego i mniejszą stratę ciśnienia w układzie. Dzięki osiowemu wprowadzaniu strumienia pierwotnej mieszaniny do palnika można w szczególnie korzystny sposób, w znacznym stopniu uniknąć erozji materiału przy wprowadzaniu mieszaniny pierwotnej i powietrza wtórnego, tak, że można w związku z tym ograniczyć stosowanie kosztownych elementów

PL 199 944 B1 odpornych na zużycie i zakres prac konserwatorskich. Osiowe wprowadzanie strumienia pierwotnej mieszaniny do palnika jest ostatecznie możliwe również dzięki zaproponowanemu w przedmiotowym wynalazku, prowadzeniu powietrza wtórnego przy wykorzystaniu obudowy wejściowej powietrza usytuowanej na obwodzie rury dla przepływu mieszaniny pierwotnej i dzięki kanałom przejściowym odchodzącym od niej i prowadzącym do przewodu powietrza wtórnego.

Dzięki ograniczeniu, omówionej wyżej straty ciśnieniowej występującej w układzie, odciążony jest równocześnie młyn wentylatorowy, to znaczy wymaga on mniejszej mocy.

W korzystnym wykonaniu wynalazku, kanał przejściowy ma takie wymiary, że strumień powietrza wtórnego może być wprowadzony w kierunku stycznym, promieniowym i do leżącego między tymi kierunkami, pośredniego obszaru kątowego rury powietrza wtórnego. Dzięki takim środkom konstrukcyjnym, możliwe jest doprowadzenie strumienia powietrza wtórnego do rury, przez którą to powietrze przepływa, przy wykorzystaniu środka pomocniczego, przykładowo wirowego urządzenia regulacyjnego z zawirowaniem wzmocnionym, wytłumionym, lub bez zawirowania.

Dzięki wyposażeniu kanału przejściowego w wirowe urządzenie regulacyjne, lub klapę, regulowany jest wpływ, względnie kierunek napływu strumienia powietrza wtórnego do rury, przez którą to powietrze przepływa. Przy wykorzystaniu tych środków, możliwe jest, że strumień powietrza wtórnego wprowadzany jest do rury powietrza wtórnego promieniowo, to znaczy bez zawirowania lub stycznie, to znaczy z zawirowaniem, względnie bez konieczności stosowania specjalnych urządzeń wewnątrz rury powietrza wtórnego. Możliwe jest również wprowadzanie strumienia powietrza wtórnego z zawirowaniem wytłumionym, gdy wybrane zostało rozwiązanie pośrednie między wprowadzaniem w kierunku stycznym i promieniowym. Dzięki zawirowaniu strumienia powietrza wtórnego, przy wypływie z palnika powstaje w pobliżu jego osi strefa podciśnienia, która dodatkowo przenosi gorące spaliny pochodzące z procesu spalania w kierunku jądra płomienia a zatem wzrasta stabilność i gęstość reakcji w obszarze płomienia. W zdefiniowanej strefie zapłonu, znajdującej się w pobliżu otworu wylotowego palnika powstaje obszar, w którym dzięki zmieszaniu strumienia pyłu i powietrza wtórnego jak również podatnej na zapłon koncentracji pyłu i powietrza oraz dzięki domieszaniu gorących spalin pochodzących z procesu spalania, osiąga się temperaturę zapłonu. Nie jest tu konieczne stosowanie zawirowania powietrza wtórnego ze względu na warunki panujące w obszarze płomienia, czy ze względu na wymagania palnika, a więc powietrze to może być dostarczane promieniowo.

W korzystnym wykonaniu wynalazku, kanał obudowy wejściowej posiada zasadniczo zmniejszoną głębokość o większym kącie obwodowym, aby osiągnąć równomierną prędkość strumienia wewnątrz obudowy wejściowej jak również w odgałęziających się od niej kanałach przejściowych. Najbardziej celowym rozwiązaniem jest tu ukształtowanie obudowy wejściowej w postaci spirali.

Aby można było zoptymalizować położenie strefy zapłonu przy palniku, można, korzystnie, przesunąć rurę powietrza wtórnego lub przynajmniej część rury powietrza wtórnego od strony wylotowej, wewnątrz rury, przez którą przepływa mieszanina pierwotna.

Płaszczyzna wylotu rury powietrza wtórnego usytuowana jest korzystnie od strony przepływu medium patrząc w kierunku osi wzdłużnej rury powietrza wtórnego i rury, przez którą przepływa mieszanina pierwotna, zgodnie z kierunkiem przepływu, lub w kierunku przeciwnym, lub na takiej samej płaszczyźnie wylotu rury, przez którą przepływa mieszanina pierwotna. Dzięki takiemu rozmieszczeniu można zaprojektować optymalne skierowanie obydwu rur powietrznych względem strefy zapłonu i wytworzyć optymalną stabilność zapłonu.

Korzystnie, ściana czołowa rury, przez którą przepływa powietrze wtórne, względnie ściana czołowa kanału przejściowego, oddalona od strefy zasysania palnika, na powierzchni napływu mieszaniny pierwotnej posiada element odporny na zużycie, względnie skierowany przeciw napływającemu strumieniowi aby zahamować tworzenie się wirów i odgraniczyć zużycie materiału.

W korzystnym wykonaniu wynalazku, ściana czołowa kanału przejściowego, od strony zasysania palnika od strony odpływu mieszaniny pierwotnej wyposażona jest w korpus wypierający aby również wyeliminować zawirowania i narosty.

W korzystnym wykonaniu wynalazku, rura, przez którą przepływa powietrze wtórne, wzdłuż obwodu zakończenia znajdującego się od strony wylotu, wyposażona jest w pierścień spiętrzający lub w kierunku wylotu do przestrzeni spalania rozszerza się stożkowo. Dzięki zastosowaniu obydwu środków można dodatkowo zwiększyć stabilność zapłonu.

Dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu większej ilości segmentów spiętrzających przy wylocie palnika, z których każdy usytuowany jest promieniowo między rurą powietrza wtórnego i rurą mieszaniny pierwotnej, i kątowo wzdłuż obszaru cząstkowego obwodu wylotu palnika, względnie wzdłuż

PL 199 944 B1 cząstkowego obszaru kołowego wylotu istniejącego między rurą powietrza wtórnego i rurą mieszaniny pierwotnej, i temu, że segmenty spiętrzające są oddalone od siebie o tę samą odległość kątową, korzystnie, zwiększa się wymiar powierzchni kontaktowych powstających między mieszaniną pierwotną i strumieniem gorących spalin, jak również poprawia to warunki wymieszania mieszaniny pierwotnej z powietrzem wtórnym i spalinami. W wyniku tego wzrasta również stabilność zapłonu.

W korzystnym rozwiązaniu, wewnątrz rury mieszaniny pierwotnej usytuowane jest urządzenie zawirowujące i/lub bezpośrednio przed rurą mieszaniny pierwotnej, od strony napływu strumienia, to znaczy „pod prąd umieszczona jest spiralna obudowa dla mieszaniny pierwotnej. Przy wykorzystaniu jednego z tych środków, można wytworzyć zawirowany strumień pyłu i osiągnąć dodatkowe zwiększenie stabilizacji zapłonu.

W przypadku innego, celowo zrealizowanego rozwiązania według wynalazku, odległość „L między wylotem palnika i ścianą czołową obudowy wlotowej, skierowaną w kierunku do wylotu palnika jest równa co najmniej średnicy dsl rury powietrza wtórnego, aż do dziesięciokrotności jej wymiaru, aby uzyskać wystarczającą, względnie efektywną prędkość obrotową wiru w strumieniu powietrza wtórnego przy wylocie palnika.

W jednym z rozwiązań według wynalazku celowo zastosowano co najmniej jeden element porównawczo-pomiarowy, służący do porównawczego pomiaru strumienia mieszaniny pierwotnej, usytuowany od strony przepływu ośrodka i zgodnie z jego kierunkiem przepływu, przy lub na boku powierzchni wewnętrznej rury mieszaniny pierwotnej, przeciwległym w stosunku do wlotu do rury mieszaniny pierwotnej. Dzięki zastosowaniu tego elementu, pasma mieszaniny przepływającej przez rurę mieszaniny pierwotnej, które przeważnie tworzą się na stronie przeciwległej w stosunku do wlotu mieszaniny, mogą być rozproszone, a strumień mieszaniny może być równomiernie rozłożony.

Poza tym korzystne jest to, że oś wzdłużna rury powietrza wtórnego i rury mieszaniny pierwotnej jest nachylona do poziomu pod kątem od 0 do 20°, aby przesunąć głębiej, do komory spalania strefę spalania i tym samym wydłużyć drogę rozpalania paliwa.

W innym korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, wzdłuż obwodu wewnętrznego względnie wzdłuż powierzchni wewnętrznej rury mieszaniny pierwotnej, w obszarze rury powietrza wtórnego, względnie w obszarze wylotu rury powietrza wtórnego usytuowany jest element kierujący, który zajmuje przekrój poprzeczny kanału pierścieniowego, istniejącego między rurą mieszaniny pierwotnej i rurą powietrza wtórnego. W związku z tym, może pojawić się miejscowe wzbogacenie mieszaniny pierwotnej w wewnętrznym obszarze kanału pierścieniowego a w wyniku tego następuje bardziej efektywne wymieszanie mieszaniny pierwotnej z powietrzem wtórnym.

Poza tym, według korzystnego rozwiązania zgodnego z wynalazkiem, każdy kanał przejściowy usytuowany jest w tej samej odległości kątowej od drugiego kanału, i ma on tę samą szerokość, to znaczy że każdy z kanałów zajmuje część obszaru przekroju poprzecznego kanału pierścieniowego, o tej samej wielkości, mierzonej kątowo, aby zapewnić równe pod względem pola przekroju poprzecznego, kanały przepływowe dla mieszaniny pierwotnej.

Palnik według wynalazku jest przeznaczony do spalania w warunkach podstechiometrycznych, to znaczy przy obniżonej ilości dostarczanego tlenu, aby uzyskać spalanie paliwa z minimalną emisją NO_X i aby dzięki temu zrealizować proces spalania nie szkodzący naturalnemu środowisku.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym pos. I przedstawia schematycznie palnik strumieniowy w widoku z przodu, którego konstrukcja jest znana ze stanu techniki, pos. II - przekrój wzdłużny palnika strumieniowego według pos. I, pos. III przedstawia schematycznie palnik o przekroju kołowym w widoku z przodu, którego konstrukcja jest znana ze stanu techniki, pos. IV - przekrój wzdłużny palnika strumieniowego według pos. III, fig. 1 przedstawia schematycznie palnik według wynalazku w przekroju poprzecznym w obszarze stycznego, względnie promieniowego doprowadzenia powietrza wtórnego, (przekrój E - E na fig. 2), fig. 2 - przekrój wzdłużny palnika według linii D-D na fig. 1, fig. 3 - przekrój wzdłużny palnika według linii F-F na fig. 2, fig. 4 częściowy przekrój wzdłużny palnika według linii D-D na fig. 1 w obszarze między stycznym, względnie promieniowym doprowadzeniem powietrza wtórnego i wylotem palnika, fig. 5 przedstawia schematycznie widok z przodu palnika według wynalazku, w rozwiązaniu alternatywnym, fig. 6 - częściowy przekrój wzdłużny palnika według linii D-D na fig. 1 w obszarze między stycznym, względnie promieniowym doprowadzeniem powietrza wtórnego i wylotem palnika, w rozwiązaniu alternatywnym, fig. 7 przekrój wzdłużny palnika według wynalazku, według linii D-D na fig. 1, w rozwiązaniu alternatywnym i fig. 8 - palnik według fig. 1 w rozwiązaniu alternatywnym.

PL 199 944 B1

Figury 1 do 8 ujawniają możliwe przykłady wykonania konstrukcji palnika według wynalazku, przy czym na fig. 1 i 8 przedstawiono przekrój poprzeczny w obszarze napływu i wpływu powietrza wtórnego do rury, a fig. 2, 4, 6 i 7 przedstawiają przekroje wzdłużne, względnie częściowe przekroje wzdłużne palnika 1, które charakteryzują budowę tego palnika. Zgodnie z fig. 1 i 2, palnik 1 składa się zasadniczo z centralnej rury 3 powietrza wtórnego, o przekroju kołowym, którego środek stanowi rzut osi wzdłużnej 27 i z rury mieszaniny pierwotnej, względnie rury 4 o kołowym przekroju poprzecznym, która otacza współosiowo rurę powietrza wtórnego, tworząc kanał 9 o przekroju pierścieniowym. Zakończenie rury mieszaniny pierwotnej, od strony dopływu połączone jest przewodem doprowadzającym 17, usytuowanym zasadniczo prostopadle do rury 4 mieszaniny pierwotnej, a zakończenie 5 rury powietrza wtórnego 3 jest połączone poprzez kanały przejściowe 35 i kanał 40 obudowy dopływowej powietrza wtórnego 28 z kanałem doprowadzającym 16. Zakończenia 7, 8 rury 4 mieszaniny pierwotnej i rury 3 powietrza wtórnego od strony wypływowej uchodzą do otworu palnikowego, względnie wylotu 2 palnika znajdującego się w ścianie 11 komory spalania. Wylot 7 rury powietrza wtórnego obejmuje cały przekrój poprzeczny rury powietrza wtórnego 3, jak również ewentualnie stożkowe rozszerzenie 30, które przedstawione zostało na fig. 4, jako korzystne rozwiązanie według wynalazku. Wylot 8 rury mieszaniny pierwotnej obejmujący cały przekrój poprzeczny kanału pierścieniowego 9 istniejącego między rurami 3 i 4, jest pomniejszony o przewężenie spowodowane - jeśli jest zastosowane - stożkowym rozszerzeniem 30 rury powietrza wtórnego 3, względnie jest powiększony o stożkowe rozszerzenie 48 rury mieszaniny pierwotnej 4.

Doprowadzenie całego strumienia powietrza wtórnego 19, względnie całego strumienia powietrza pierwotnego wpływającego do palnika 1 jest realizowane w kierunku przepływu (oznaczonego strzałką na fig. rysunku), poprzez przewód doprowadzający 16, który korzystnie usytuowany jest prostopadle do osi wzdłużnej 27 palnika, a dalej poprzez tworzącą promieniowy kanał 40, obudowę wlotową 28, przez kanały przejściowe 35 przechodzące przez pierścieniowy kanał 9 oraz przez wlot 5 rury powietrza wtórnego do rury powietrza wtórnego 3. Po zmianie kierunku przepływu strumienia 19 w rurze powietrza wtórnego 3, co spowodowane jest tym, że czołowa powierzchnia zakończenia rury powietrza wtórnego 3 od strony wlotu, zgodnie z wynalazkiem zamknięta jest ścianą czołową 38, strumień ten przepływa równolegle do osi wzdłużnej 27 i wypływa przy otwartym przekroju poprzecznym wylotu 7 rury powietrza wtórnego z tej rury, kierując się do przestrzeni spalania 10. Przy tym kanały przejściowe 35 są ukształtowane w ten sposób, że strumień powietrza wtórnego 19 może być podawany do rury powietrza wtórnego 3 stycznie, promieniowo i w każdym wymaganym kierunku pośrednim, znajdującym się między kierunkami określonymi powyżej.

Aby umożliwić dopływ strumienia powietrza wtórnego 19 doprowadzanego przez przewód doprowadzający 16 i obudowę wlotową 28 do centralnie położonej rury powietrza wtórnego 3, zgodnie z wynalazkiem zastosowano co najmniej dwa kanały przejściowe 35, (w przykładach wykonania według fig. 1 do 8 zastosowano trzy kanały przejściowe), które łączą kanał 40 obudowy wlotowej 28 z wnętrzem rury powietrza wtórnego 3. W obszarze zastosowanych kanałów przejściowych 35, zarówno rura mieszaniny pierwotnej 4, jak i rura powietrza wtórnego 3 posiadają otwory 42, 43 o wielkości równej przekrojowi poprzecznemu kanału przejściowego 35, służące do przepuszczania strumienia powietrza wtórnego 19. Każdy kanał przejściowy 35 zajmuje przy tym kątowo pewną część przekroju poprzecznego kanału pierścieniowego 9, znajdującego się między rurą mieszaniny pierwotnej 4 i rurą powietrza wtórnego 3, przy czym, według korzystnego przykładu wykonania wynalazku, każdy kanał przejściowy 35 zajmuje kątowo tę samą część przekroju poprzecznego kanału pierścieniowego.

Przekrój poprzeczny kanałów przejściowych jest zasadniczo prostokątny, przy czym jego szerokość ma wymiar „b a wysokość „h. Kanał przejściowy 35 jest tak ukształtowany w kierunku przepływu gazu, że jak to już wyżej podano, strumień powietrza wtórnego 19 może być wprowadzany do rury powietrza wtórnego 3 promieniowo, stycznie, albo w zakresie kątowym znajdującym się między tymi kierunkami. Założenie to można zrealizować przykładowo poprzez konstrukcję kanału przejściowego 35 według fig. 8, gdzie ściany boczne 46, 47 są odpowiednio ukształtowane. Aby zapewnić regulację wymaganego kierunku dopływu powietrza wtórnego, można zastosować regulacyjne urządzenie zawirowujące 34, zwłaszcza regulacyjną klapę zawirowującą, która usytuowana jest wewnątrz kanału przejściowego 35, względnie przy wylocie 5 rury powietrza wtórnego obok otworu 42. Kanał przejściowy 35 utworzony jest między ścianami czołowymi 39 i 45 jak również ścianami bocznymi 46 i 47.

W przypadku zaistnienie korzystnych warunków działania palnika 1, strumień powietrza wtórnego 19, przy wykorzystaniu regulacyjnego urządzenia zawirowującego 34 jest wprowadzany stycznie do rury powietrza wtórnego 3 i strumień 19 jest wprawiany w wir obrotowy, podtrzymywany aż do wyPL 199 944 B1 lotu do przestrzeni spalania 10, przy czym uzyskiwany jest on bez konieczności stosowania specjalnych urządzeń wewnątrz rury powietrza wtórnego. Przy wykorzystaniu urządzenia zawirowującego 34 można wpływać na postać wiru, strumienia powietrza wtórnego 19, względnie można go wytłumić aż do sytuacji, gdy strumień powietrza wtórnego 19, doprowadzany promieniowo do rury powietrza wtórnego 3, stanie się strumieniem linearnym.

Urządzenie regulacyjno-zawirowujące 34 wszystkich kanałów przejściowych 35 może być obsługiwane przez centralne, nie przedstawione na rysunku, wrzecionowe urządzenie nastawcze, tak że przy każdym kanale przejściowym 35 uzyskuje się dokładnie taką samą pozycję, a zatem taką samą ilość powietrza wtórnego.

Kanały przejściowe 35 rozstawione są wewnątrz pierścieniowego kanału 9, korzystnie, w równych odstępach między sobą, tak, że również przepusty 44 dla strumienia mieszaniny pierwotnej 20 przy jednakowych wymiarach przekroju poprzecznego kanałów 35, mają taki sam przekrój poprzeczny i co sprawia, że uzyskuje się równomierny rozpływ strumienia mieszaniny pierwotnej 20.

Obudowa wlotowa 28, usytuowana promieniowo na zewnątrz rury mieszaniny pierwotnej i w obszarze kanałów przejściowych 35, rozmieszczona jest w ten sposób wokół części obwodu rury 4, że wszystkie zastosowane kanały przejściowe 35 mogą być zasilane powietrzem wtórnym. Obudowa wlotowa 28, w najprostszym wykonaniu może mieć strukturę skrzynkową, która zatem tworzy wyżej omówiony kanał 40 między rurą 4 i zewnętrzną ścianą obudowy 28 (patrz fig. 8). Przy tym kanał 40 utworzony przez obudowę wlotową 28 przy obwodzie zewnętrznym rury 4, posiada, korzystnie zasadniczo zmniejszającą się głębokość, o zwiększającym się kącie obwodowym, aby uzyskać, patrząc wzdłuż obwodu, ciągle jednolitą prędkość i rozdział strumienia powietrza wtórnego w każdym kanale przejściowym 35 i dalej w rurze powietrza wtórnego 3. Założenie to może być zrealizowane między innymi poprzez zastosowanie, korzystnie spiralnie ukształtowanej obudowy wlotowej.

Ponieważ zawirowanie uzyskane dzięki stycznemu wprowadzeniu strumieni do rury powietrza wtórnego 3 może zmniejszać się wzdłuż długości rury 3, jest sensowne, aby styczne wprowadzanie powietrza wtórnego nie następowało zbyt daleko od wylotu 2 palnika. Odległość L między wylotem 2 i wskazującą ten wylot ścianą czołową obudowy wlotowej 28 (odpowiada ona zasadniczo również krawędzi otworu wlotowego 5, skierowanej w kierunku wylotu 2 palnika), korzystnie jest od 0,5 do 10 razy większa niż średnica dsl rury powietrza wtórnego 3.

Aby zmienić położenie strefy zapłonu 18 przy wylocie 2 palnika, względnie zoptymalizować je, przewidziano, że rura powietrza wtórnego 3 może przesuwać się osiowo wewnątrz rury mieszaniny pierwotnej 4. W tym celu, płaszczyzna wylotowa zakończenia 7 rury powietrza wtórnego 3, od strony wylotu, względnie element 13 od strony wylotu, w stosunku do płaszczyzny wylotowej zakończenia 8 rury mieszaniny pierwotnej od strony wylotu, może być umieszczony w różnych pozycjach. Na fig. 2, płaszczyzna wylotowa zakończenia 7, od strony wylotu rury powietrza wtórnego 3 względnie element 13 od strony wylotu, patrząc od strony przepływu medium jest oddalona o odległość k wzdłuż przepływu, od płaszczyzny wylotowej zakończenia wylotowego 8 rury mieszaniny pierwotnej. Zależnie od paliwa i wielkości palnika, odległość k może wynosić do 0,5 średnicy dsi rury powietrza wtórnego, to znaczy obydwa zakończenia wylotowe 7, 8 mogą być położone bardzo blisko jeden od drugiego. Możliwe jest również rozwiązanie, w którym występ rury powietrza wtórnego 3 to znaczy płaszczyzna wylotowa zakończenia wylotowego 7 rury powietrza wtórnego, leży, patrząc w kierunku przepływu medium, w odległości k, przeciwnie do kierunku przepływu od płaszczyzny wylotowej zakończenia wylotowego 8 rury mieszaniny pierwotnej. W tym przypadku, odległość k może również wynosić do 0,5 średnicy dsl rury powietrza wtórnego.

Przy zastosowanym tu, przesuwnym osiowo, elemencie wylotowym 13, rura powietrza wtórnego 3 może składać się z dwóch części, to znaczy części stacjonarnej i części przesuwnej osiowo, przy czym obydwie części zachodzą wzajemnie na siebie na zakładkę (fig. 6).

Na stabilizację zapłonu można wpływać również poprzez zastosowanie odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych przy wylocie 7 rury powietrza wtórnego 3, podczas gdy, zgodnie z fig. 2, zakończenie rury 3 posiada, stożkowe rozszerzenie, albo, co wynika z fig. 6, na obwodzie zewnętrznym rury powietrza wtórnego 3 usytuowany jest pierścień spiętrzający 15, który zmniejsza powierzchnię przekroju poprzecznego kanału pierścieniowego 9, przy wylocie 8 rury mieszaniny pierwotnej.

Zgodnie z fig. 2, do palnika 1, poprzez przewód doprowadzający 17, usytuowany w większości przypadków prostopadle do rury mieszaniny pierwotnej 4, dostarczane jest powietrze pierwotne, względnie gaz pierwotny, składający się zasadniczo ze spalin i pary wodnej, wraz z paliwem w postaci pyłu lub drobnych cząstek, i mieszanina ta (mieszanina pierwotna) kierowana jest poprzez wlot 6 rury

PL 199 944 B1 mieszaniny pierwotnej do tej rury. Patrząc w kierunku przepływu, za wlotem 6 i przed rurą powietrza wtórnego 3 rura mieszaniny pierwotnej zawiera obszar stabilizacji przepływu 49, w którym stabilizowany jest przepływający zgodnie z wynalazkiem wzdłuż łuku, strumień mieszaniny pierwotnej, to znaczy kierowany jest w kierunku osiowym. Patrząc w kierunku przepływu, za obszarem stabilizacji przepływu 49, względnie przed wlotem rury powietrza wtórnego 3, rura mieszaniny pierwotnej 4 posiada rozszerzenie, uzyskane dzięki zwiększeniu średnicy zewnętrznej, aby ewentualnie strumień przepływu w kanale pierścieniowym 9 miał tą samą prędkość, jak w obszarze stabilizacji przepływu 49. Gdy strumień mieszaniny pierwotnej 20 przepłynie w kierunku równoległym do osi wzdłużnej 27, przez kanał przejściowy 44, znajdujący się w obszarze kanałów przejściowych 35, względnie między tymi kanałami i rurą mieszaniny pierwotnej, strumień ten wypływa wylotem 8 do przestrzeni spalania 10. W kanale przejściowym 44, występuje prędkość przepływu, która ma zwiększoną wartość w stosunku do wolnego przekroju kanału pierścieniowego, która to prędkość jest korzystna, ponieważ dzięki temu unika się odkładania się złogów w tym kanale o zmniejszonym przekroju poprzecznym.

Dla ujednorodnienia strumienia przepływu mieszaniny pierwotnej 20, wewnątrz obszaru stabilizacji przepływu 49 można zastosować co najmniej jeden element porównawczo-pomiarowy 31, usytuowany wewnątrz rury mieszaniny pierwotnej, ponieważ przy wlocie strumienia mieszaniny pierwotnej 20 do rury mieszaniny pierwotnej mogą tworzyć się smugi, to znaczy obszary wzbogacone w pył paliwowy. Występuje to zwłaszcza po stronie rury mieszaniny pierwotnej, położonej naprzeciwko wlotu 6 rury mieszaniny pierwotnej. Według wynalazku, element ujednorodniający, względnie elementy porównawczo-pomiarowe 31 usytuowane są na tej powierzchni wewnętrznej rury mieszaniny pierwotnej 4, i od strony przepływu medium naprzeciwko wlotu 6 rury mieszaniny pierwotnej. Element porównawczo-pomiarowy 31 może być przykładowo wykonany z blachy.

Na fig. 6 przedstawiono pierścieniowy korpus prowadzący 32, który może być usytuowany wzdłuż obwodu wewnętrznego, względnie na powierzchni wewnętrznej rury mieszaniny pierwotnej 4, w obszarze rury powietrza wtórnego 3, względnie, korzystnie w obszarze wylotu 7 rury powietrza wtórnego i zajmuje część przekroju poprzecznego kanału pierścieniowego 9 między rurą mieszaniny pierwotnej 4 i rura powietrza wtórnego 3. W związku z tym uzyskuje się wzbogacenie mieszaniny pierwotnej 20 w przestrzeni wewnętrznej kanału pierścieniowego 9.

Dzięki zastosowanemu zgodnie z wynalazkiem, doprowadzaniu mieszaniny pierwotnej 20 do palnika 1, korzystnie obniża się strata ciśnienia w tym układzie. Poza tym uzyskuje się bardziej równomierne rozłożenie paliwa pyłowego wzdłuż przekroju poprzecznego.

Gdy wymagają tego warunki spalania, można również przewidzieć zastosowanie urządzenia zawirowującego, umieszczonego wewnątrz rury mieszaniny pierwotnej 4 względnie przyłączonego bezpośrednio za nią, zgodnie z kierunkiem przepływu. Może mieć ona kształt nie przestawionej tu, spiralnej obudowy wlotu 29 mieszaniny pierwotnej, która usytuowana jest wzdłuż obwodu zewnętrznego rury mieszaniny pierwotnej 4 i połączona z przewodem doprowadzającym 17. Dzięki zawirowaniu strumienia pyłu 20, uzyskuje się jeszcze zwiększenie stopnia stabilizacji zapłonu. Zamiast spiralnej obudowy wlotu 29 mieszaniny pierwotnej można zastosować urządzenie zawirowujące 14 umieszczone wewnątrz spiralnej obudowy wlotu 29 mieszaniny pierwotnej, względnie zadanie zawirowania przepływu strumienia pyłu 20 może zrealizować pierścieniowy kanał 9 (fig. 8). Poza tym dla zwiększenia stopnia stabilizacji zapłonu, zamiast pierścienia spiętrzającego 15, według fig. 10, zakończenie wylotowe 7 rury powietrza wtórnego może alternatywnie posiadać stożkowe rozszerzenie 30.

Aby zapobiec temu, że strumień pyłu 20 przepływający przez rurę 4 i w obszarze rury 3 rozdzielany wzdłuż obwodu kanału pierścieniowego 9 uderza o ścianę czołową 38 rury 3, względnie ścianę czołową 39 kanałów przejściowych 35, przez co dochodziłoby do silnych zawirowań i do powstawania uszkodzeń erozyjnych na ścianach czołowych, w korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, ściana czołowa 38 i/lub ściana czołowa 39, od strony napływu, wyposażona jest w elementy 36, względnie 37, odporne na zużycie, względnie odchylające strumień. Środki 26 i 37 mogą być wykonane w postaci pełnych lub wydrążonych korpusów i z materiałów odpornych na zużycie, jak również w postaci elementów odchylających strumień, przykładowo jako płaskie, półokrągłe, w kształcie liniowym, trójkątnym i tak dalej (fig. 6 i 7).

Następnie po przejściu przez otwory przelotowe 44 między kanałami przejściowymi 35, strumień mieszaniny pierwotnej 20 może dojść do powstania zawirowań i obszarów strumienia mieszaniny pierwotnej 20, wzbogaconych w pył węglowy, przesuwających się w kierunku ściany czołowej 45 każdego z kanałów 35, co może doprowadzić do strat ciśnienia i nierównomierności w dostarczaniu paliwa. Aby temu zapobiec, ściana czołowa 45, co przedstawiono na fig. 3, w kierunku spływu miePL 199 944 B1 szaniny ukształtowana jest w postaci bryły wyporowej, względnie spoilera 41. Może ona być ukształtowana tak, lub zbliżona do kształtu elementów 36, 37.

Aby podtrzymać równomierny rozkład prędkości strumienia mieszaniny pierwotnej 20, przy stożkowym rozszerzeniu 30 rury powietrza wtórnego 3, również wylot rury mieszaniny pierwotnej 4 może rozszerzać się na kształt stożka (fig. 4).

Zgodnie z fig. 5, przy wylocie palnika 2 mogą być rozmieszczone segmenty spiętrzające 33, przy czym każdy segment spiętrzający usytuowany jest promieniowo między rurą powietrza wtórnego 3 i rurą mieszaniny pierwotnej 4 i kątowo poprzez obszar częściowy kołowego wylotu między obydwiema rurami 3, 4 i segmenty te rozmieszczone są w równych odległościach między sobą. Dzięki temu zwiększają się dalej powierzchnie kontaktowe między wypływającym strumieniem mieszaniny pierwotnej 20 i zasysanym strumieniem gorących gazów, jak również poprawiają się warunki mieszania mieszaniny pierwotnej 20, strumienia powietrza wtórnego 19 i gazów spalinowych 21. W wyniku tego stabilizacja zapłonu jest znacznie łatwiejsza do osiągnięcia. Element spiętrzający 33 może być przykładowo wykonany z blachy.

Dzięki zastosowanym środkom, które powodują, że strumień mieszaniny pierwotnej 20, względnie strumień pyłu, przy wylocie do przestrzeni spalania 10 nie jest otoczony płaszczem powietrznym (powietrza wtórnego, względnie powietrza trzeciego), gorące spaliny mogą być zasysane z przestrzeni spalania, wzdłuż całego obwodu wypływającego strumienia bezpośrednio po jego wypływie, tak, że oddziałują one na cząstki paliwa i mogą je podgrzewać. W związku z tym, strumień pyłu bardzo wcześnie osiąga temperaturę zapłonu, przy której paliwo pyłowe znacznie łatwiej podlega pirolizie, to znaczy uwalniają się gazowe składniki paliwa i w związku z tym poprawiają się warunki stabilizacji zapłonu.

Dzięki wdmuchiwaniu zawirowanego, centralnego strumienia powietrza wtórnego, do przestrzeni spalania 10 przy wylocie 2 palnika, w bezpośredniej bliskości osi wzdłużnej 27 powstaje strefa podciśnienia, która dodatkowo przenosi gorące spaliny 22 w kierunku od płomieni do jądra płomienia i dzięki temu zwiększa się stopień stabilizacji płomienia i gęstość reakcjj w płomieniu. Zatem, w strefie zapłonu 18, znajdującej się w pobliżu wylotu palnika powstaje pewien obszar, w którym poprzez wymieszanie strumienia pyłu 20 i powietrza wtórnego 19 uzyskuje się zarówno podatna na zapłon koncentrację pyłu i powietrza, jak również dzięki domieszaniu gorących spalin 21, pochodzących z przestrzeni spalania 10, i gorących spalin 22, pochodzących od płomienia osiąga się temperaturę zapłonu.

Korzystne jest również rozwiązanie, przestawione na fig. 7, w którym zmontowane są razem, dwa lub większa ilość palników. Przy tym, zwykle każda z rur powietrza wtórnego i mieszaniny pierwotnej, czyli rury 3, 4, oddalone są od siebie, patrząc w kierunku prostopadłym do ich osi wzdłużnej. Dzięki zastosowaniu takich rozwiązań, gęstość reakcji w strefie zapłonu 18, a zatem i stopień stabilizacji zapłonu ulegają podwyższeniu. Wspólne zmontowanie większej liczby palników 1 może również wynikać ze względów konstrukcyjnych, przykładowo może przyczynić się do zmniejszenia wymiarów przestrzeni spalania, co może być czasami wymagane.

Oś wzdłużna 27 palnika 1 może być usytuowana poziomo, albo, jak to przedstawiono na fig. 7, może być pochylona w stosunku do poziomu pod kątem wynoszącym od 0° do 20°, w kierunku wylotu 2 palnika, względnie w kierunku unoszenia. Dzięki lekko odchylonej osi wzdłużnej rury powietrza wtórnego i mieszaniny pierwotnej, czyli rury 3, 4, czas przepływu paliwa przez przestrzeń spalania 10 wydłuża się a zatem poprawiają się warunki spalania.

Palnik 1, według wynalazku, w przypadku bezpośrednich palenisk węgla brunatnego, (to znaczy takich, w których paliwo przesyłane jest bezpośrednio z młyna) może być stosowany wraz z połączonym z nim młynami węglowymi, zwłaszcza młynami wentylatorowymi lub misowymi (nie przedstawione), a w przypadku palenisk pośrednich (to znaczy takich, w których dostarczane jest już zmielone paliwo, przykładowo z silosa paliwowego przy wykorzystaniu pneumatycznych urządzeń transportowych), stosowane są paleniska służące do suszenia węgla brunatnego, które tu nie zostały przedstawione. Różnice w obydwu rozwiązaniach związane są tylko z ilością i składem chemicznym gazu, który występuje obok pyłu węglowego w strumieniu pyłu 20.

Palnik 1 według wynalazku zgodnie z korzystnym sposobem jego wykorzystania, działa w zakresie podstechiometrycznym, to znaczy dostarcza się taką ilość tlenu, która jest mniejsza niż odpowiadająca ilości stechiometrycznej, aby uzyskać spalanie wprowadzonego paliwa przy możliwie malej emisji NO_X i aby w związku z tym zrealizować sposób spalania, możliwie przyjazny dla środowiska naturalnego. Powietrze konieczne do dalszego spalania paliwa wprowadza się do paleniska przykładowo w postaci powietrza górnego, doprowadzanego w późniejszej fazie procesu spalania, przebiegającego w przestrzeni spalania 10.

Claims (28)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Palnik do spalania paliwa pyłowego, zwłaszcza pyłu węglowego obciążonego substancjami niepalnymi, obejmujący rurę mieszaniny pierwotnej, do wprowadzania powietrza pierwotnego, względnie gazu pierwotnego i paliwa, i rurę powietrza wtórnego, służącą do wprowadzania powietrza wtórnego, znamienny tym, że rura powietrza wtórnego (3) usytuowana jest wokół osi wzdłużnej (27) palnika i zamknięta ścianą czołową (38) znajdującą się przy zakończeniu oddalonym od wylotu (2) palnika, przez którą wprowadzany jest cały strumień powietrza wtórnego, poza tym rura mieszaniny pierwotnej (4) otacza koncentrycznie rurę powietrza wtórnego (3) tworząc kanał (9) o pierścieniowym przekroju poprzecznym, przy czym rura mieszaniny pierwotnej (4) posiada obszar stabilizacji przepływu (49), usytuowany patrząc w kierunku przepływu mieszaniny pierwotnej (20), przed rurą powietrza wtórnego (3), a ponadto, patrząc w kierunku obwodowym, przynajmniej na pewnej części rury mieszaniny pierwotnej (4) usytuowana jest obwodowo obudowa wlotowa (28) służąca do doprowadzania powietrza wtórnego (19), tworząca kanał promieniowy (40), i tym że palnik posiada co najmniej dwa kanały przejściowe (35) łączące kanał (40) z przestrzenią wewnętrzną rury powietrza wtórnego (3), i przekraczające kanał pierścieniowy (9), służące do wprowadzania strumienia powietrza wtórnego (19) z kanału (40) do rury powietrza wtórnego (3).
2. 2. Palnik według zassrz. 1, znamienny tym, że kanał przejśc^y^)) ess ukkztałtowany w ten sposób, że strumień powietrza wtórnego (19) jest wprowadzany stycznie, promieniowo i do leżącego między tymi kierunkami, obszaru kątowego rury powietrza wtórnego (3).
3. 3. Palnik wedługzastrz. 1 albo2, znamiennytym, że kanaa przejściowy135), wyposażonyjess w wirowe urządzenie regulacyjne (34), służące do wprowadzania strumienia powietrza wtórnego (19) do rury powietrza wtórnego (3) w kierunku stycznym lub promieniowym, lub mimośrodowo w stosunku do osi wzdłużnej (27) rury powietrza wtórnego (3).
4. 4. Palnik według zas^z. 1, znamienny tym, że kanał 140) obudowy wlotowej 128) posiada zasadniczo zmniejszoną głębokość o większym kącie obwodowym.
5. 5. Palnik według zastrz. 4, znamienny tym, że obudowa wlotowa (28) ma kształt spiralny.
6. 6. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rura pr^N^i^e^r^^ wtórnego (3) lub co najmniej element (13) od strony wylotu rury powietrza wtórnego (3) jest zamocowany osiowo - przesuwnie wewnątrz rury mieszaniny pierwotnej (4).
7. 7. Palnik według zas^z. 1, znamienny tym, że praszczyyna wytoto 17) tury powiejrza wtórnego usytuowana jest od strony przepływu medium, patrząc w kierunku osi wzdłużnej (27), zgodnie z kierunkiem przepływu lub w kierunku przeciwnym, lub na takiej samej płaszczyźnie wylotu (8) rury mieszaniny pierwotnej.
8. 8. Palnik według z^^t^ir^. 1, znamienny tym, że ścćana c^c^oł^w^ (38) rury powiettza wtórnego (3), oddalona od wylotu (2) palnika, na powierzchni napływu mieszaniny pierwotnej (20) posiada element (36) odporny na zużycie, względnie skierowany przeciw napływającemu strumieniowi.
9. 9. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ściana (39) kanału przejściowego (35), oddalona od wylotu (2) palnika, na powierzchni napływu mieszaniny pierwotnej (20) posiada element (37) odporny na zużycie względnie skierowany przeciw napływającemu strumieniowi.
10. 10. Palnik według zas-trz. 1 albo 9, tym, że ściana (45) kanału pfr^r^ejśi^i^wego (35), zbliżona do wylotu (2) palnika, na powierzchni spływu mieszaniny pierwotnej (20) posiada spoiler (41).
11. 11. Palnik według zassrz. 1, znamienny tym, że rum wtórnego (3^ na obwodzie zewnętrznym zakończenia (7) od strony wylotu posiada pierścień spiętrzający (15).
12. 12. Palnik według zakUrz. 1, znamienny tym, że rura ρ<^\^ϊ^-γ^^ wtórnego (3), przy zakończeniu (7) od strony wylotu posiada stożkowe rozszerzenia (30).
13. 13. Palnik według zassrz. 1, tym, że wyłoi (2) palnika wyposażony jess w większą liczbę segmentów spiętrzających (33), przy czym każdy z segmentów (33) jest umieszczony promieniowo między rurą powietrza wtórnego (3) i rurą mieszaniny pierwotnej (4) i kątowo wzdłuż obszaru cząstkowego kołowego wylotu, znajdującego się między rurą powietrza wtórnego (3) i rurą mieszaniny pierwotnej (4), a elementy spiętrzające są oddalone od siebie o tę samą odległość kątową.
14. 14. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnątrz rury mieszaniny pierwotnej (4), względnie bezpośrednio przed rurą mieszaniny pierwotnej (4) od strony napływu strumienia umieszczone jest urządzenie zawirowujące (14).

    PL 199 944 B1
15. 15. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że odległość L między wylotem (2) palnika i ścianą czołową obudowy wlotowej (28), skierowaną w kierunku do wylotu (2) palnika zawiera się między połową średnicy dsl rury powietrza wtórnego (3), i dziesięciokrotnością jej wymiaru.
16. 16. Palnik według zas^z. 1, znamienny tym, że rura mieszaniny ρΐοη^ο1:η^ (4), przy jej zakończeniu wylotowym posiada stożkowe rozszerzenie (48)..
17. 17. Palnik według zas^z. 1, znamiennytym, że przy części wewnęęrznej powieezchni rury mieszaniny pierwotnej (4) przeciwległej do wylotu (6) rury mieszaniny pierwotnej usytuowany jest co najmniej jeden element porównawczo-pomiarowy (31), umieszczony od strony przepływu ośrodka i zgodnie z jego kierunkiem przepływu, służący do porównawczego pomiaru strumienia mieszaniny pierwotnej.
18. 18. Palnik według zas^z. 1, znamienny tym, że oś wzdłużna (27) rur (3, 4), w kierunku wyloto, jest nachylona do poziomu pod kątem od 0 do 20°.
19. 19. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że wzdłuż obwodu wewnętrznego, względnie wzdłuż powierzchni wewnętrznej rury mieszaniny pierwotnej (4), w obszarze rury powietrza wtórnego (3), względnie w obszarze wylotu (7) rury powietrza wtórnego usytuowany jest korpus prowadzący (32), który obejmuje promieniowy wycinek kolistego kanału pierścieniowego.
20. 20. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód doprowadzający (17) mieszaniny pierwotnej od strony przepływu, bezpośrednio za wlotem (6) rury mieszaniny pierwotnej, ukształtowany jest w postaci spiralnej obudowy (29) mieszaniny pierwotnej, dla wytworzenia zawirowanego przepływu pyłu, względnie mieszaniny pierwotnej (20).
21. 21. Paln ik według zassrz. 1, znamiennytym, że kanały j35) rozssawione są między sobą w tej samej odległości kątowej.
22. 22. Palnik według zas-trz. 1, znamienny tym, że każdy z kanałów przejśccowych (35) obejmuje ten sam obszar kątowy kanału pierścieniowego (9).
23. 23. Sposób spalania paliwa pyłowego, zwłaszcza pyłu węglowego obciążonego substancjami niepalnymi, za pomocą palnika, który posiada rurę powietrza wtórnego i rurę mieszaniny pierwotnej, znamienny tym, że palnik posiada centralnie usytuowaną rurę powietrza wtórnego i rurę mieszaniny pierwotnej, otaczającą koncentrycznie rurę powietrza wtórnego i tworzącą kanał o pierścieniowym przekroju poprzecznym, przy czym do palnika, poprzez rurę powietrza wtórnego doprowadza się całą ilość doprowadzanego do palnika powietrza wtórnego, względnie przez rurę powietrza pierwotnego doprowadza się nadmiar powietrza, traktowanego jako powietrze pierwotne, a przez rurę mieszaniny pierwotnej doprowadza się mieszaninę pierwotną utworzoną z powietrza pierwotnego, względnie gazu pierwotnego i paliwa, przy czym powietrze wtórne doprowadza się do rury powietrza wtórnego poprzez co najmniej dwa kanały przejściowe, przechodzące poprzecznie przez kanał pierścieniowy utworzony między rurą powietrza wtórnego i rurą mieszaniny pierwotnej.
24. 24. Sposóbwedłu g zas^z. 23, znamiennytym, że strumieńpowie-rza wtórnego w kierunku promieniowym do rury powietrza wtórnego, za pomocą urządzenia zawirowującego, usytuowanego w kanale przejściowym.
25. 25. Sposóbwedług zas^z. 23, znamienny tym, że strumieńpowie-rza wtórnego w(^i'^c^\^£^c^^£c się do rury powietrza wtórnego, w kierunku stycznym lub mimośrodowo do osi rury powietrza wtórnego, przy czym tworzy się strumień wirowo-rotacyjny.
26. 26. Sposób według zas-trz. 23, znamienny tym, że skumień mieszaniny pierwo-tnej się w urządzeniu zawirowującym.
27. 27. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że poprzez osiowe przemieszczanie rury powietrza wtórnego lub wylotowej części tej rury, zmienia się położenie strefy zapłonu wewnątrz wylotu palnika.
28. 28. Sposób wedłu g zassrz. 23, znamiennytym, że palnik działa w zakresie podstechiome-rycznych warunków spalania.