PL207762B1 - Zespolony pyłowy palnik strumieniowy do spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespolony pyłowy palnik strumieniowy do spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych, zwłaszcza z prostokątną komorą spalania, wykorzystujący zasadę redukcji tlenków azotu przy spalaniu pyłu węglowego w palnikach przy niedomiarze tlenu.

Znany jest z opisu patentowego nr 170 716 układ do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotł ach energetycznych z palnikami strumieniowymi, zawierają cy umieszczone w pł aszczyź nie poziomej dysze pyłowe, dysze powietrza wtórnego ustawione kątowo w stosunku do dysz pyłowych oraz dysze powietrza górnego. Rozwiązanie palnika wg przedstawionego opisu patentowego nadaje się zwłaszcza do zabudowy w komorze paleniskowej ze ściętymi narożami np. komory paleniskowej w kształcie ośmiokąta. Zabudowanie takiego palnika w innej komorze paleniskowej niż ośmiokątna wymaga ścięcia naroży w takiej komorze co jest bardzo kosztowne.

Znany jest z opisu nr EP/98/03655 palnik strumieniowy posiadający dysze pyłowe i dysze powietrza wtórnego umieszczone kolejno jedna nad drugą oraz ukierunkowanie strumienia powietrza pod kątem dającym się regulować w stosunku do strumienia pyłu węglowego i powietrza pierwotnego.

W rozwią zaniu palnika wg przedstawionego opisu regulacja kierunku strumienia powietrza odbywa się na drodze aerodynamicznej za pomocą mieszania dwóch strumieni o stałym kierunku i zmiennym nat ężeniu przepł ywu. Regulacja aerodynamiczna wymaga prowadzenia kotł a ze znacznym, dyspozycyjnym nadmiarem ciśnienia powietrza w instalacji powietrza gorącego, zwiększając przez to straty energii na napęd wentylatorów podmuchu.

Podstawową wadą dotychczasowych rozwiązań palników strumieniowych do spalania pyłu węglowego jest brak dostosowania ich konstrukcji do powszechnie stosowanej w praktyce kotłowej komory paleniskowej o przekroju prostokątnym oraz kosztowna regulacja kierunku strumienia powietrza.

Zespolony pyłowy palnik strumieniowy do spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma kryzę wyrównawczą przed dyszą pyłową oraz dwuskrzydłową klapę regulacyjną przed prostokątną dyszą powietrza wtórnego, sterowaną automatycznie w zależności od bieżącego obciążenia palnika strumieniowego wynikającego z ilości pyłu doprowadzanego do jego dyszy pyłowej, przy czym dysza pyłowa ma kształt wydłużonego prostokąta o wysokości H korzystnie większej od 3,5 krotności szerokości B tej dyszy a szczelinowa, prostokątna dysza powietrza wtórnego przylega do boku dyszy pyłowej od strony przeciwnej do wirujących spalin, natomiast szczelinowa dysza naścienna zabudowana jest po stronie dyszy powietrza wtórnego, korzystnie w odległości L=(1,0:1,5) średnicy wiru D_w od osi dyszy pyłowej. Na wewnętrznej ściance dyszy pyłowej, po stronie przeciwnej do wirujących spalin a przylegającej do prostokątnej dyszy powietrza wtórnego o wysokości większej o wartość szczelin montażowych koniecznych do zabudowy, od wysokości dyszy pyłowej i szerokości odpowiadającej prędkości wypływu strumienia powietrza wtórnego, mieszczącej się w zakresie od 30 m/s do 35 m/s, dla zadanych warunków pracy kotła, są zabudowane w części wylotowej o kształcie zębów elementy rozbijające strugę mieszanki pyłowej, przy czym ilość elementów rozbijających na tej ścianie dyszy pyłowej jest korzystnie równa ilorazowi wysokości H prostokątnej dyszy pyłowej i 60 a ich wysokość jest korzystnie równa (0,15: 0,25) szerokości B dyszy pyłowej.

Wewnątrz dysz naściennych są zabudowane stałe blachy kierujące, zmieniające kierunek strumienia powietrza naściennego korzystnie w zakresie kąta β = ±20° od poziomu, przy czym wylot dyszy naściennej posiada kształt szczeliny o wysokości zbliżonej do wysokości dyszy pyłowej zabudowanego w pobliżu, odpowiedniego palnika strumieniowego.

Zaletą zespolonego pyłowego palnika strumieniowego do spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych według wynalazku jest jego prosta konstrukcja, łatwość zabudowy do wszystkich możliwych konstrukcyjnie komór paleniskowych kotłów energetycznych, zwłaszcza prostokątnych. Ustawienie dysz pyłowych i powietrznych jednostronnie, obok siebie opóźnia proces spalania pyłu przez co zmniejsza emisję tlenków azotu w spalinach. Ponadto znajdujące się na wylocie z dyszy pyłowej elementy rozbijające strugę pyłu zwiększają łatwość zapłonu i poprawiają stabilność płomienia. Zaletą jest również ochrona ścian komory paleniskowej przed korozją wysokotemperaturową.

Wynalazek jest objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poziomy prostokątnej komory paleniskowej w pierwszym przykładzie wykonania pyłowego palnika strumieniowego, składającego się z dwóch oddzielnych współzależnych elementów, palnika i dyszy naściennej zabudowanych obok siebie na ścianach komory paleniskowej, fig. 2 przedstawia przekrój wzdłużny pyłowego palnika strumieniowego, fig. 3 przedstawia w poprzecznym przekroju A-A

PL 207 762 B1 widok okna wylotowego pyłowego palnika strumieniowego, fig. 4 przedstawia podłużny przekrój B-B dyszy naściennej, natomiast fig. 5 przedstawia przekrój poziomy drugiego przykładu wykonania zespolonego pyłowego palnika strumieniowego składającego się z jednego elementu zawierającego dyszę pyłową i dwie dysze powietrzne z regulowanym dopływem czynnika, przeznaczonego do komory paleniskowej z ściętymi narożami.

W pierwszym przykładzie wykonania wynalazku na ścianach bocznych S komory paleniskowej K, w pobliżu naroży, zabudowane są pyłowe palniki strumieniowe 1, składające się z prostokątnej dyszy pyłowej 3 i przylegającej do niej również prostokątnej dyszy powietrza wtórnego 5. Oś podłużna prostokątnej dyszy pyłowej 3 ustawiona jest stycznie do koła wiru o średnicy wiru D_w w osi komory paleniskowej K, mieszczącej się w korzystnym zakresie od 10% do 12,5% mniejszego wymiaru A1 lub A2 boku prostokątnej komory paleniskowej K.

Na wszystkich ścianach komory paleniskowej K, po stronie dyszy powietrza wtórnego palnika pyłowego, zabudowane są dysze naścienne 2. Dysze naścienne 2 zabudowane są w odległości L korzystnie wynoszącej L=(1,0^1,5) D_w i ustawione ukośnie do ściany pod kątem α. Kąt α wylotu strumienia powietrza z dyszy naściennej 2 mierzony od płaszczyzny ściany wynosi korzystnie od 20° do 45°.

Zespolony pyłowy palnik strumieniowy wg wynalazku ma prostokątną dyszę pyłową 3 o wysokości H korzystnie większej od 3,5 krotności szerokości B tej dyszy. Na wylocie z prostokątnej dyszy pyłowej 3, na ściance przylegającej do dyszy powietrza wtórnego 5 znajdują się o kształcie zębów, elementy rozbijające 4 strugę pyłu i zwiększające powierzchnię styku pyłu węglowego z powietrzem wtórnym.

Ilość i wymiary elementów rozbijających 4 strugę pyłu ustala się według wzoru:

_H ilość elementów rozbijających na ścianie i = -60 wysokość elementu rozbijającego h= (0,15 0,25)-B

Do prostokątnej dyszy pyłowej 3, od strony przeciwnej do wirujących spalin, przylega prostokątna, szczelinowa dysza powietrza wtórnego 5 o wysokości większej o wartość szczelin montażowych od wysokości prostokątnej dyszy pyłowej 3 i szerokości odpowiadającej prędkości wypływu strumienia powietrza wtórnego, mieszczącej się w zakresie od 30 m/s do 35 m/s, dla zadanych warunków pracy kotła. Ponadto integralną częścią pyłowego zespolonego palnika strumieniowego wg wynalazku jest kryza wyrównawcza 6 w przewodzie mieszanki pyłowej oraz dwuskrzydłowa klapa regulacyjna 7 powietrza wtórnego, sterowana automatycznie w zależności od bieżącego obciążenia palnika strumieniowego 1, to jest od ilości pyłu doprowadzanego do jego dyszy pyłowej 3.

Wylot prostokątnej dyszy naściennej 2 posiada kształt szczeliny o wysokości zbliżonej do wysokości prostokątnej dyszy pyłowej 3 przynależnego palnika strumieniowego 1, zabudowanego na tym samym poziomie palnikowym. Wewnątrz dysz naściennych 2 zabudowane są stałe blachy kierujące 8, zmieniające kierunek strumienia powietrza naściennego w zakresie kąta β, który korzystnie wynosi ±20° od poziomu.

W drugim przykładzie wykonania wynalazku, dysza pyłowa 3, dysza powietrza wtórnego 5 oraz dysza naścienna 2 stanowią jeden element konstrukcyjny. Dysza naścienna 2, według wynalazku, zawsze znajduje się po stronie dyszy powietrza wtórnego a po stronie przeciwnej do wirujących spalin w komorze paleniskowej. Kształty i wymiary poszczególnych dysz są korzystnie identyczne jak w opisanym pierwszym przykładzie wykonania wynalazku.

Wysokość szczelinowej dyszy naściennej 2, znajdującej się po stronie prostokątnej dyszy powietrza wtórnego 5, jest równa wysokości dyszy pyłowej 3, natomiast jej szerokość wynosi od 35% do 50% szerokości prostokątnej dyszy powietrza wtórnego 5. Do regulacji rozpływu powietrza pomiędzy poszczególne dysze powietrza wtórnego 5 w palniku strumieniowym 1 służy jednoskrzydłowa klapa 9, nastawiana ręcznie podczas optymalizacji procesu spalania.

Palnik strumieniowy 1 jest mocowany do ściany kotła S po ustawieniu podłużnej osi prostokątnej dyszy pyłowej 3, stycznie do określonego koła wiru, wykreślonego z osi przekroju poprzecznego komory paleniskowej K. Zabudowane na wlocie do palnika strumieniowego 1 kryzy wyrównawcze 6 i dwuskrzydłowe klapy regulacyjne 7 powietrza pozwalają na zapewnienie w kotle pyłowym optymalnych warunków spalania przy różnych obciążeniach.

W kotle pyłowym może być zabudowanych, korzystnie, od jednego do kilku poziomów palników strumieniowych 1, ustawionych jeden nad drugim w zależności od ilości zespołów młynowych, przygotowujących pył węglowy do spalenia w kotle.

PL 207 762 B1

Przebieg działania zespolonego niskoemisyjnego pyłowego palnika strumieniowego do spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych jest następujący. Jednorodna struga mieszaniny pyłowogazowej zostaje za pomocą elementów rozbijających 4 o kształcie zębów rozbita jednostronnie od strony powietrza wtórnego na wylocie z palnika strumieniowego miesza się z gorącym powietrzem i jest podgrzewana spalinami z recyrkulacji stykającymi się z pyłem węglowym od strony przeciwnej do strumienia powietrza wtórnego, co powoduje przyspieszenie zapłonu wydzielających się części lotnych paliwa i stabilizację płomienia.

Dzięki doprowadzaniu powietrza z niedomiarem i tylko po stronie przeciwnej do wirujących spalin następuje wydłużenie procesu spalania pyłu węglowego, obniżenie temperatury płomienia i przez to korzystne ograniczenie wydzielających się podczas spalania tlenków azotu w spalinach.

Zespolony strumieniowy palnik pyłowy jest przeznaczony do kotłów pyłowych o wszystkich możliwych konstrukcjach komór paleniskowych, zwłaszcza prostokątnych.

Claims (3)

1. Zespolony pyłowy strumieniowy palnik do spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych z prostokątną komorą spalania posiadający palnik strumieniowy i przyporządkowaną do niego dyszę naścienna, znamienny tym, że ma kryzę wyrównawczą (6) przed dyszą pyłową (3) oraz dwuskrzydłową klapę regulacyjną (7) przed prostokątną dyszą powietrza wtórnego (5), sterowaną automatycznie w zależności od bieżącego obciążenia palnika strumieniowego (1) wynikającego z ilości pyłu doprowadzanego do jego dyszy pyłowej (3), przy czym dysza pyłowa (3) ma kształt wydłużonego prostokąta o wysokości H korzystnie większej od 3,5 krotności szerokości B tej dyszy a szczelinowa, prostokątna dysza powietrza wtórnego (5) przylega do boku dyszy pyłowej (3) od strony przeciwnej do wirujących spalin, natomiast szczelinowa dysza naścienna (2) zabudowana jest po stronie dyszy powietrza wtórnego (5), korzystnie w odległości L=(1,0:1,5) średnicy wiru D_w od osi dyszy pyłowej (3).

2. Zespolony pyłowy strumieniowy palnik do spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych według zastrz. 1, znamienny tym, że na wewnętrznej ściance dyszy pyłowej (3) po stronie przeciwnej do wirujących spalin, a przylegającej do prostokątnej dyszy powietrza wtórnego (5) o wysokości większej o wartość szczelin montażowych koniecznych do zabudowy, od wysokości dyszy pyłowej 3 i szerokości odpowiadającej prędkości wypływu strumienia powietrza wtórnego, mieszczącej się w zakresie od 30 m/s do 35 m/s, dla zadanych warunków pracy kotła, są zabudowane w części wylotowej o kształcie zębów elementy rozbijające (4) strugę mieszanki pyłowej, przy czym ilość elementów rozbijających (4) na tej ściance dyszy pyłowej (3) jest korzystnie równa ilorazowi wysokości H prostokątnej dyszy pyłowej (3) i 60 a ich wysokość jest korzystnie równa (0,15: 0,25) szerokości B dyszy pyłowej (3).

3. Zespolony pyłowy strumieniowy palnik do spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnątrz dysz naściennych (2) są zabudowane stałe blachy kierujące (8), zmieniające kierunek strumienia powietrza naściennego korzystnie w zakresie kąta β=±20° od poziomu, przy czym wylot dyszy naściennej (2) posiada kształt szczeliny o wysokości zbliżonej do wysokości dyszy pyłowej (3) zabudowanego w pobliżu, odpowiedniego palnika strumieniowego (1).