PL210372B1 - Sposób i urządzenie do wyrównywania pól temperatur i stężeń składników spalin w komorach paleniskowych, zwłaszcza kotłów energetycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wyrównywania pól temperatur i stężeń składników spalin w komorach paleniskowych, zwłaszcza kotłów energetycznych.

Spalanie paliw w tym stałych np. pyłu węglowego lub rozdrobnionej biomasy, z niską emisją NOx, odbywa się przy niewielkim nadmiarze powietrza, a osiągnięcie wymaganej sprawności spalania wymaga dobrego wymieszania paliwa, powietrza. Służą do tego palniki z doprowadzonym powietrzem z wentylatorów powietrza pierwotnego i dysze powietrza o róż nej konstrukcji, które wprowadzają do paleniska stopniowo w różnych miejscach i na różnych wysokościach powietrze indukowane wentylatorami powietrza wtórnego. Strumień powietrza czerpany z przewodu powietrza wtórnego ma jednak często zbyt małą energię kinetyczną, aby skutecznie rozprzestrzenić się wewnątrz komory paleniskowej i skutecznie wyrównać pola temperatur i stężenia składników spalin co powoduje pogorszenie stopnia wypalenia paliwa i zwiększa emisję szkodliwych składników z kotła.

Z polskiego opisu wynalazku nr 178 536 znany jest sposób wprowadzania aerodynamicznie uformowanych strumieni powietrza wtórnego dopalającego ponad palnikami przez dysze w postaci kanału o zbieżnych ścianach o kącie α, na wylocie którego znajduje się kilka kierownic regulacyjnych o zmiennym położeniu w zakresie kąta α, z osią obrotu do regulacji kąta wypływu w płaszczyź nie poziomej. Dysze dopalające są podzielone poziomo na dwie części, przy czym wysokość jednej części stanowi od 50-70% wysokości całości dyszy. Strugi powietrza dopalającego o dużej prędkości wylotowej kieruje się na różne i dobrane koła wiru do strefy dopalania.

Z polskiego opisu wynalazku nr 205 438 znany jest sposób wprowadzania w strefie spalania podstechiometrycznego, równolegle do ekranów paleniska strumieni powietrza o dużej kinetycznej energii, osłonowego, w celu ochrony ekranów przed korozją. Układ według tego wynalazku zawiera w strefie spalania podstechiometrycznego, na wysokoś ci nad dyszami spalania podstechiometrycznego, a poniżej dysz spalania nadstechiometrycznego zabudowane w narożach paleniska kotła energetycznego, w płaszczyznach równoległych do powierzchni ekranów kotła, co najmniej dwie strumienice połączone z przewodem wtórnego powietrza oraz z przewodem napędowego gazowego medium jako środka napędowego strumieni. Strumienice mają wylot dyfuzora korzystnie o spłaszczonym przekroju i są usytuowane w pł aszczyź nie równoległ ej do ekranu energetycznego kotł a dł u ż szym bokiem wylotu dyfuzora. Napędowe dysze strumienic są połączone przewodem napędowym gazowego medium z przewodem pary przegrzanej o wysokim ciś nieniu.

Z opisu zgłoszenia wynalazku nr P- 304459 znany jest sposób spalania paliw stałych z obniż oną emisją tlenków azotu oraz palnik do realizacji tego sposobu, zapewniające stabilne spalanie z podziałem mieszanki pyło-powietrznej na dwa strumienie różniące się udziałem części palnych i rozmiarami cząstek, przy doprowadzaniu zawirowanego powietrza wtórnego oraz uzupełniającego powietrza trzeciego na zewnątrz powietrza wtórnego, gdzie od góry palnika nad płomieniem podaje się pojedynczymi dyszami powietrze trzecie o podwyższonej prędkości dla zapewnienia całkowitego spalania paliwa.

Sposób wyrównywania pól temperatur i stężeń składników spalin w komorach paleniskowych zwłaszcza kotłów energetycznych, w których zwiększa się energię kinetyczną powietrza procesowego poprzez wprowadzenie medium napędowego o wysokim ciśnieniu według wynalazku charakteryzuje się tym, że spaliny w strefie spalania nadstechiometrycznego w górnej części kotła powyżej górnego poziomu palników i/lub w części konwekcyjnej kotła poddaje się intensywnemu mieszaniu powietrzem procesowym wtórnym o dużej energii kinetycznej wprowadzanym poprzecznie do kierunku przepływu spalin na obwodzie paleniska kotła i/lub na obwodzie części konwekcyjnej kotła przez zespół strumienic powietrza OFA i/lub przez zespół strumienic reagenta, w których przyrost energii kinetycznej powietrza uzyskuje się przez wprowadzenie medium napędowego obojętnie chemicznego gazowego lub ciekłego lub w postaci pary wodnej i/lub w postaci reagenta do odsiarczania spalin lub do odazotowania spalin lub do usuwania szkodliwych składników spalin.

Urządzenie do wyrównywania pól temperatur i stężeń składników spalin w komorach paleniskowych, zwłaszcza kotłów energetycznych, zawierające strumienice połączone z przewodem wtórnego powietrza oraz z przewodem medium napędowego o wysokim ciśnieniu według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera w strefie spalania nadstechiometrycznego w górnej części komory kotła, powyżej górnego poziomu palników zabudowany w płaszczyźnie poprzecznej do kierunku przepływu spalin na obwodzie komory paleniska kotła i/lub na obwodzie części konwekcyjnej kotła zabudowany zespół strumienic powietrza OFA i/lub zespół strumienic reagenta.

PL 210 372 B1

Każda z zespołu strumienica powietrza OFA i każda z zespołu strumienica reagenta posiadają odrębny układ regulacji wydajności.

Każda z zespołu strumienica powietrza OFA wyposażona jest w system regulacji do zmiany kierunku wypływającej strugi powietrza. Każda z zespołu strumienica reagenta wyposażona jest w system regulacji do zmiany kierunku wypływającej strugi reagenta.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają uzyskiwanie wyrównanych pól temperatur i stężeń składników spalin w komorach paleniskowych i kanałach konwekcyjnych kotłów energetycznych poprzez intensywne mieszanie spalin w strefie spalania nadstechiometrycznego w górnej części kotła powyżej górnego poziomu palników i/lub w części konwekcyjnej kotła powietrzem procesowym wtórnym o dużej energii kinetycznej wprowadzanym poprzecznie do strumienia spalin przez zespoły strumienic zarówno ze ścian jak i z naroży komory kotła powyżej górnego poziomu palników jak i ze ścian i z naroży kanału spalin w części konwekcyjnej kotła. Posiadanie przez każdą strumienicę z zespołu strumienic powietrza OFA i przez każd ą strumienicę z zespołu strumienic reagenta odrębnego układu regulacji wydajności oraz wyposażenie każdej z nich w system regulacji do zmiany kierunku wypływającej strugi powietrza i reagenta, umożliwia regulację zarówno parametrów wprowadzanych strumieni powietrza i reagenta, jak i kierunku ich wprowadzania do komory paleniskowej kotła i części konwekcyjnej kanał u spalin kotł a.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwia intensywne mieszanie substratów procesu spalania w komorze paleniskowej kotła energetycznego w przestrzeni powyżej górnego poziomu palników a w wyniku tego wyrównanie pól temperatur i stężeń substancji chemicznych w komorze paleniskowej poprzez wprowadzanie jako medium napędowego zarówno obojętnego chemicznie gazowego lub ciekłego lub w postaci pary wodnej jak i reagenta chemicznego stosowanego do odsiarczania spalin lub do usuwania tlenków azotu ze spalin lub innych szkodliwych składników spalin, przy zachowaniu stopnia wypalenia paliw, a więc do równoczesnej poprawy jakości spalania i ograniczania szkodliwych emisji z kotłów energetycznych.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przekrój pionowy przez palenisko kotła energetycznego, ze strumienicami powietrza wtórnego OFA zabudowanymi na obwodzie paleniska kotła, przykładowo powyżej górnego poziomu palników i powyż ej dysz powietrza OFA, gdzie jako medium napędowe o wysokim ciś nieniu jest wprowadzany obojętny chemicznie gaz lub ciecz lub para wodna i strumienicami reagenta zabudowanymi w części konwekcyjnej kotła na obwodzie kanału spalin, gdzie jako medium napędowe o wysokim ciśnieniu jest wprowadzany ciekły reagent chemiczny do odazotowania spalin kotła, fig. 2 - przekrój podłużny przez strumienicę powietrza OFA z systemem regulacji do zmiany kierunku wypływającej strugi powietrza, fig. 3 - przekrój podłużny przez strumienicę reagenta z systemem regulacji do zmiany kierunku wypływającej strugi reagenta.

Zgodnie z fig. 1, w dolnej części paleniska 1 są zabudowane palniki 2 dolnego rzędu, ponad nimi palniki 3 górnego rzędu. Zgodnie z przykładem wykonania ponad palnikami 2 i palnikami 3 zabudowane są na ścianach paleniska 1 dysze 4 powietrza OFA, a powyżej nich na obwodzie paleniska 1 zabudowany zespół strumienic 5 powietrza OFA wprowadzających powietrze procesowe wtórne o dużej energii kinetycznej, podłączone do przewodu powietrza wtórnego 6. Do zespołu strumienic 5 powietrza OFA wprowadzane jest przewodem 7 medium napędowe o nadciśnieniu 0,6 MPa w postaci odpadowej pary wodnej z uszczelnień i powietrze wtórne z przewodu powietrza wtórnego 6 tłoczone przez wentylator 8. Zgodnie z przykładem wykonania w części konwekcyjnej kotła 10 na obwodzie kanału spalin 11 zabudowany jest zespół strumienic reagenta 9. Przez zespół strumienic reagenta 9 wprowadzane są strugi powietrza wtórnego z przewodów 6 powietrza wtórnego, o zwiększonej energii kinetycznej przez medium napędowe wprowadzane przewodem 12, którym zgodnie z przykładem wykonania jest ciekły reagent chemiczny do odazotowania spalin w kotle energetycznym. Ciśnienie wprowadzanego reagenta chemicznego jest rzędu 0,6 MPa.

Każda z zespołu strumienica 5 powietrza OFA i każda z zespołu strumienica reagenta 9 posiadają odrębny układ regulacji wydajności, regulację tę prowadzi się poprzez zmianę strumienia medium napędowego uzyskaną na regulacji prędkości obrotowej maszyny przepływowej jak pompy, sprężarki czy też upustu. Każda z zespołu strumienica 5 powietrza OFA zabudowana powyżej górnego rzędu palników 3 i zgodnie z przykładem wykonania powyżej dysz 4 powietrza OFA, i każda z zespołu strumienica reagenta 9 zabudowana w części konwekcyjnej 10 kotła, wyposażone są w system regulacji do zmiany kierunku wypływającej strugi powietrza i strugi reagenta ze zwiększoną przez medium napędowe energią kinetyczną. Zgodnie z fig. 2 system regulacji do zmiany kierunku wypływającej strugi

PL 210 372 B1 powietrza złożony jest z mechanizmu przegubowego regulacji położenia 13 i połączeń elastycznych 14 przewodów powietrza wtórnego 6 i medium napędowego 7. Zgodnie z fig. 3 system regulacji do zmiany kierunku wypływającej strugi reagenta złożony jest z mechanizmu przegubowego regulacji położenia 13 i połączeń elastycznych 14 przewodów powietrza wtórnego 6 i medium napędowego 12 w postaci reagenta chemicznego do odazotowania spalin.

Zgodnie z przykładem wykonania przedstawionym na fig. 1, fig. 2 i fig. 3, wyrównanie pól temperatur i stężeń składników spalin w komorze paleniska i kotła uzyskuje się poprzez poddanie spalin w strefie spalania nadstechiometrycznego w górnej części kotła, powyżej górnego poziomu palników 3 i zgodnie z przykładem wykonania powyżej dysz 4 powietrza OFA, intensywnemu mieszaniu powietrzem procesowym wtórnym o dużej energii kinetycznej wprowadzanym poprzecznie do kierunku przepływu spalin na obwodzie komory paleniska 1 z zespołu strumienic 5 powietrza OFA, w których przyrost energii kinetycznej powietrza uzyskuje się przez wprowadzenie medium napędowego obojętnie chemicznego w postaci pary wodnej, oraz zgodnie z przykładem wykonania według wynalazku poprzez poddanie spalin w części konwekcyjnej 10 kotła intensywnemu mieszaniu powietrzem procesowym o dużej energii kinetycznej wprowadzanym na obwodzie kanału spalin 11 z zespołu strumienic reagenta 9, w których przyrost energii kinetycznej powietrza uzyskuje się przykładowo przez wprowadzenie medium napędowego w postaci reagenta do odazotowania spalin.

Claims (5)

1. Sposób wyrównywania pól temperatur i stężeń składników spalin w komorach paleniskowych, zwłaszcza kotłów energetycznych, w których zwiększa się energię kinetyczną powietrza procesowego poprzez wprowadzenie medium napędowego o wysokim ciśnieniu, znamienny tym, że spaliny w strefie spalania nadstechiometrycznego w górnej części kotła powyżej górnego poziomu palników (3) i/lub w części konwekcyjnej (10) kotła poddaje się intensywnemu mieszaniu powietrzem procesowym wtórnym o dużej energii kinetycznej wprowadzanym poprzecznie do kierunku przepływu spalin na obwodzie paleniska (1) i /lub na obwodzie części konwekcyjnej (10) kotła przez zespół strumienic (5) powietrza OFA i/lub przez zespół strumienic reagenta (9), w których przyrost energii kinetycznej powietrza uzyskuje się przez wprowadzenie medium napędowego obojętnie chemicznego gazowego lub ciekłego lub w postaci pary wodnej i/lub w postaci reagenta do odsiarczania spalin lub do odazotowania spalin lub do usuwania szkodliwych składników spalin.

2. Urządzenie do wyrównywania pól temperatur i stężeń składników spalin w komorach paleniskowych, zwłaszcza kotłów energetycznych, zawierające strumienice połączone z przewodem powietrza wtórnego oraz z przewodem medium napędowego o wysokim ciśnieniu, znamienne tym, że zawiera w strefie spalania nadstechiometrycznego w górnej części komory kotła powyżej górnego poziomu palników (4) zabudowany w płaszczyźnie poprzecznej do kierunku przepływu spalin na obwodzie komory paleniskowej (1) kotła i/lub na obwodzie części konwekcyjnej (10) kotła zabudowany zespół strumienic (5) powietrza OFA i/lub zespół strumienic reagenta (9).

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że każda z zespołu strumienica (5) powietrza OFA i każda z zespołu strumienica reagenta (9) posiada odrębny układ regulacji wydajności.

4. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że każda z zespołu strumienica (5) powietrza OFA wyposażona jest w system regulacji do zmiany kierunku wypływającej strugi powietrza.

5. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że każda z zespołu strumienica reagenta (9) wyposażona jest w system regulacji do zmiany kierunku wypływającej strugi reagenta.