PL210434B1 - Sposób i palenisko do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i palenisko do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotł ach energetycznych z naroż nymi palnikami z rozdział em mieszanki py ł o-powietrznej na zagę szczoną i rozrzedzoną oraz z wprowadzaniem powietrza dopalającego do kotła.

Znane są ze stosowania w energetyce sposoby redukcji tlenków azotu przy spalaniu pyły węglowego przy niedomiarze tlenu. Sposoby te wpływają na zahamowanie reakcji utleniających oraz intensyfikację procesów redukcji NOx do azotu. Spalanie przy niedomiarze tlenu jest realizowane w róż ny sposób, na przykład przez zróż nicowanie iloś ci pył u podawanego do palników znajdują cych się na różnych wysokościach, przez zróżnicowanie dopływu powietrza wtórnego do palników a także poprzez różne sposoby i układy wzajemnego wprowadzania do komory paleniska odpowiednio ukierunkowanych strug mieszanki pyło-powietrznej o odpowiedniej koncentracji, strug powietrza wtórnego oraz strug powietrza górnego dopalającego. Dzięki temu spalanie w obrębie palników przebiega przy niedomiarze powietrza.

Znane są różne sposoby, układy, paleniska zapewniające redukcję tlenków azotu, lecz na takim poziomie, że nie odpowiadają one obecnym normom ochrony środowiska w zakresie zanieczyszczeń wprowadzanych do atmosfery przy spalaniu węgla, zwłaszcza poziomowi emisji tlenków azotu z urządzeń energetycznych.

Z polskiego opisu patentowego nr 128350 znany jest ukł ad dysz palnika strumieniowego do spalania pyłu węglowego, gdzie dysze pyłowe i dysze powietrza wtórnego usytuowane są względem siebie w płaszczyźnie poziomej, przy czym jedna z dysz powietrza wtórnego skierowana jest pod kątem od 20° - 60° w kierunku do dyszy pyłowej co zapewnia regulowany i zwiększony odpływ powietrza do strefy zapłonu powodując w konsekwencji spalanie części palnych lotnych zawartych w węglu przy dużym nadmiarze powietrza sprzyjające powstawaniu tlenków azotu NOx.

Z polskiego opisu patentowego nr 170716 znany jest uk ł ad do niskoemisyjnego spalania pył u węglowego w kotłach energetycznych z palnikami strumieniowymi zawierający umieszczone w płaszczyźnie poziomej dysze pyłowe, dysze powietrza wtórnego ustawione kątowo w stosunku do dysz pyłowych oraz dysze powietrza górnego, gdzie w pobliżu wylotów dysz pyłowych palników strumieniowych znajduje się główna dysza powietrza wtórnego, której oś wylotu jest równoległa do osi wylotu dyszy pyłowej oraz dodatkowa dysza powietrza wtórnego, której oś wylotu jest równoległa do ściany komory lub odchylona o kąt w granicach 0° - 45° i połączona kanałem doprowadzającym powietrze wtórne wyposażonym w klapkę regulacyjną z dyszą główną powietrza wtórnego. W narożach komory paleniskowej lub na jej ścianach nad palnikami strumieniowymi znajdują się dysze powietrza górnego, gdzie osie geometryczne wylotu dysz powietrza górnego są styczne do kół wiru wywołanych zawirowaniem powietrza górnego, lecz ich kierunek jest przeciwny do kierunku wiru pochodzącego od dysz pyłowych i dyszy głównej powietrza wtórnego oraz zgodnego z nim kierunku zawirowania pochodzącego od dyszy dodatkowej powietrza wtórnego.

Z opisu zgł oszenia wynalazku nr P-300573 znany jest sposób spalania paliwa oraz palenisko kotłów energetycznych w szczególności na pył węglowy, gdzie w górnej części komory paleniska nad palnikami narożnymi wprowadzane jest powietrze wtórne dodatkowe ze ścian bocznych komory z dwóch różnych poziomów pojedynczymi strugami. Dysze powietrza wtórnego dodatkowego są uchylne w pionie i umieszczone w jednym pionie. Do każdej dyszy powietrze jest doprowadzane odrębnym kanałem powietrza.

Z polskiego opisu patentowego nr 181530 znany jest sposób i urządzenie do ograniczania emisji tlenków azotu w kotłach energetycznych różnych typów z wprowadzeniem do komory paleniskowej powietrza dodatkowego nad strugami mieszanki paliwowo-powietrznej ze ścian komory paleniskowej, gdzie gorące powietrze dodatkowe doprowadza się wspólnym kanałem do co najmniej dwóch dysz a nastę pnie wprowadza się ze ś cian komory paleniskowej dyszami w poziomych kolektorach powietrza z tej samej lub różnej wysokości kotła.

W zależ noś ci od tego, do którego rzędu palników doprowadza się pył wę glowy, zmienia się w spalinach procentowa zawartość związków tlenu, azotu, a zwłaszcza niepożądanych NOx.

Z polskiego opisu patentowego nr 183669 znany jest sposób obniż ania emisji NOx z kotł ów energetycznych z narożnymi palnikami poprzez opracowanie sposobu wprowadzania mieszanki pyło-powietrznej do komory paleniska, gdzie do dysz pyłowych usytuowanych w niższych rzędach w dwóch przeciwległych narożach podaje się mieszankę pyło-powietrzną o wyższej koncentracji pyłu,

PL 210 434 B1 a do dysz pyłowych usytuowanych w dwóch pozostałych przeciwległych naroż ach w wyższych rzędach podaje się mieszankę pyło-powietrzną o niskiej koncentracji pyłu.

Z polskiego opisu patentowego nr 176578 znany jest sposób i palenisko do zmniejszania emisji tlenków azotu z procesów spalania w kotłach energetycznych na pył z węgla brunatnego, z rozdziałem mieszanki pyło-powietrznej na zagęszczoną i rozrzedzoną z wprowadzaniem powietrza górnego. Zagęszczoną mieszankę pyło-powietrzną wprowadza się pod kątem od poziomu w dół, bezpośrednio nad strugami zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej wprowadza się ze zmienną prędkością poziomo lub pod kątem w dół strugę odseparowanych oparów zawierających spaliny, parę wodną oraz 10 - 20% drobnych frakcji pył u wę glowego, ponad palnikami pod k ą tem 10 - 20° od poziomu w górę wprowadza się powietrze górne z wypływem strugi regulowanej w poziomie w zakresie 0 - 25° w stosunku do pionowej płaszczyzny wypływu strug zagęszczonej mieszanki i odseparowanych oparów, a na wysokości ujęć spalin z komory paleniska wprowadza się pod kątem w górę komory z dwóch naprzeciwległ ych stron komory dwoma równoległ ymi w górę parami strugi powietrza dodatkowego górnego. Palenisko posiada palniki pyłowe z dyszami zagęszczonej mieszanki pyłopowietrznej pochylone od poziomu w dół, bezpośrednio nad nimi pochylony od poziomu w dół kanał zrzutu odseparowanych oparów, w tym samym pionie nad palnikami pyłowymi zabudowane dysze powietrza górnego skierowane do komory paleniska pod kątem β =10° - 20° od poziomu w górę z regulacją ką ta wychylenia w poziomie o 0 - 25° od pł aszczyzny palników pył owych oraz na poziomie ujęć kanałów spalin zabudowane na dwóch przeciwległych ścianach komory paleniska po jednej parze dysze powietrza dodatkowego górnego skierowane pod kątem w górę i równocześnie do komory paleniska parami równoległe do siebie. Dysze powietrza górnego dodatkowego są zabudowane na przednich i tylnych ścianach komory paleniska.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i paleniska do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych z palnikami narożnymi, zapewniających obniżenie emisji tlenków azotu powstających przy spalaniu węgla poniżej 200 mg/Nm³ podczas pracy kotła w całym zakresie eksploatacyjnym.

Sposób niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych z narożnymi palnikami, z rozdziałem mieszanki pyło-powietrznej na zagęszczoną i rozrzedzoną gdzie do dolnych zespołów palnikowych wprowadza się z wszystkich niezależnie od układu pracujących zespołów młynowych zagęszczoną mieszankę pyło-powietrzną, przez wyżej usytuowane zespoły palnikowe wprowadza się mieszankę pyło-powietrzną rozrzedzoną, oraz z wprowadzeniem w pobliżu wylotu dysz pyłowych powietrza wtórnego i z wprowadzaniem powietrza dopalającego do kotła według wynalazku charakteryzuje się tym, że w obrębie dysz dolnych zespołów palnikowych zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej wprowadzanej strugami z naroży kotła w ilości 70 - 80% wytworzonego pyłu węglowego wprowadza się powietrze wtórne strugami odchylonymi o 3 - 5° w górę i w dół od strug zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i miesza się strugi powietrza wtórnego ze strugami zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej dopiero bliżej środka komory paleniskowej po uprzednim zapłonie mieszanki pyło-powietrznej, przez wyżej usytuowane zespoły palnikowe wprowadza się strugami rozrzedzoną mieszankę pyło-powietrzną zawierającą najdrobniejsze frakcje pyłu z podstechiometryczną ilością powietrza, a powietrze dodatkowe dopalające dodaje się wielostopniowo w czasie drogi spalania w wirze blisko środka komory paleniskowej, do przestrzeni komory paleniskowej nad strugami zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i pod strugami rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej oraz nad strugami rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej i na wybranej wysokości kotła. Zapłon mieszanki pyło-powietrznej oraz spalanie prowadzi się z niedomiarem powietrza.

Strugi rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej wprowadza się do komory paleniska ze zwiększoną prędkością. Korzystnie strugi rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej wprowadza się do komory paleniska z prędkością dwukrotnie większą od prędkości wprowadzanej strugi zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej.

Palenisko do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych z narożnymi palnikami, zawierające dysze zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane w dolnych zespołach palnikowych i dysze rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane w wyższych zespołach palnikowych, dysze powietrza wtórnego zabudowane w pobliżu dysz paliwowych oraz dysze powietrza dopalającego OFA według wynalazku charakteryzuje się tym, że dysze zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane w dolnych zespołach palnikowych posiadają zabudowane pod i nad dyszami zagę szczonej mieszanki pył o-powietrznej dysze powietrza wtórnego odchylone

PL 210 434 B1 w stronę komory paleniskowej w górę i w dół o 3 - 5° od osi dysz zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej, nad dolnym zespołem palnikowym z dyszami zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i pod górnym zespołem palnikowym z dyszami rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane dysze powietrza wtórnego dopalającego OFA I odchylone od poziomu do góry i w dół pod kątem α = 10 - 15° w stronę ś rodka komory paleniskowej oraz nad zespołem palników z dyszami rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane pod kątem β = 10 - 20° dysze powietrza wtórnego dopalającego górnego OFA II, a nad nimi na wybranej wysokości kotła dysze powietrza wtórnego dopalającego górnego OFA III.

Dysze rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej posiadają zwężający się przekrój w kierunku wylotu mieszanki.

Sposób i palenisko według wynalazku umożliwiają zapłon i spalanie z głębokim niedomiarem powietrza. Uwalniający się z paliwa azot w atmosferze głęboko redukcyjnej tworzy niewielkie ilości tlenków azotu. Mieszanka rozrzedzona wytwarza głęboki niedobór powietrza w produktach spalania i redukcję wcześ niej wytworzonych tlenków azotu. Powietrze jest sukcesywnie dodawane w czasie drogi spalania w wirze blisko środka komory paleniskowej.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają spalanie pyłu węglowego w kotle energetycznym z niską emisją NOx poniżej 200 mg/Nm³ podczas pracy kotła w całym zakresie eksploatacyjnym.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przekrój pionowy przez komorę kotła energetycznego z narożnymi palnikami, fig. 2 - przekrój pionowy przez zespół palnikowy dysz pyłowych zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej z dyszami powietrza wtórnego, fig. 3 - przekrój pionowy przez pojedynczą dyszę pyłową zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej z odchylonymi dyszami powietrza wtórnego.

Komora paleniska 1 według fig. 1 posiada zabudowane w dolnych zespołach palnikowych 2 dysze 3 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej oraz w wyżej usytuowanych zespołach palnikowych 4 zabudowane dysze 5 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej. Dysze 3 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej zgodnie z fig. 2 i fig. 3 posiadają zabudowane pod nimi i nad nimi dysze 6, 7 powietrza wtórnego odchylone od osi dysz 3 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej o 5°. Dysze 3 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i dysze 5 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej są zgodnie z przykładem wykonania zabudowane poziomo. Dysze 5 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej posiadają zwężający się przekrój w kierunku wylotu mieszanki.

Nad zespołem palnikowym 2 z dyszami 3 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane są dysze 8 powietrza wtórnego dopalającego OFA I skierowane pod kątem α = 10° od poziomu do góry w stronę środka komory paleniska, w stronę przestrzeni między zespołem palnikowym 2 z dyszami 3 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i zespołem palnikowym 4 z dyszami 5 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej.

Pod zespołem palnikowym 4 z dyszami 5 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane są dysze 9 powietrza wtórnego dopalającego OFA I skierowane pod kątem α = 10° od poziomu w dół w stronę środka komory paleniska, w stronę przestrzeni między zespołem palnikowym 2 z dyszami 3 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i zespołem palnikowym 4 z dyszami 5 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej.

Nad zespołem palnikowym 4 z dyszami 5 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane są pod kątem β = 20° do góry dysze 10 powietrza wtórnego dopalającego górnego OFA II.

Nad dyszami 10 powietrza wtórnego dopalającego górnego OFA II zabudowane są dodatkowe dysze 11 powietrza wtórnego dopalającego górnego OFA III skierowane w przykładzie wykonania poziomo w stronę osi komory paleniska 1. Dysze 3 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i dysze 5 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej mogą być ustawione poziomo lub mogą być pochylone 10° w górę lub w dół w zależności od potrzeb dotrzymania temperatur pary.

Do dysz 3 dolnego zespołu palników 2 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowanych w narożach kotła wprowadza się zagęszczoną mieszankę pyło-powietrzną z wszystkich niezależnie od układu pracujących zespołów młynowych, w ilości 70 - 80% wytwarzanego pyłu węglowego, a do dysz 5 wyżej usytuowanych zespołów palnikowych 4 wprowadza się rozrzedzoną mieszankę pyło-powietrzną zawierającą najdrobniejsze frakcje pyłu z podstechiometryczną ilością powietrza. Strugi 17 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej wprowadzane z wyżej usytuowanych dysz powodują pogłębienie strefy redukcyjnej w jądrze spalania. W obrębie dysz 3 dolnych zespołów palnikowych 2 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej wprowadza się strugami 13, 14 powietrze wtórne odchylone o 5° w górę i 5° w dół od strug 12 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej. Strugi 13, 14 powietrza

PL 210 434 B1 wtórnego miesza się ze strugami 12 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej dopiero bliżej środka komory paleniska 1, po uprzednim zapłonie mieszanki pyło-powietrznej. Powietrze wtórne dodatkowe dopalające dodaje się stopniowo w czasie drogi spalania, w wirze blisko środka komory paleniska 1, do przestrzeni komory paleniskowej nad strugami 12 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i pod strugami 17 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej oraz nad strugami 17 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej i powyżej, na wybranej wysokości kotła. Zapłon i spalanie prowadzi się z głębokim niedomiarem powietrza.

Strugi 17 rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej wprowadza się do komory paleniska 1 z prędkością dwukrotnie większą od prędkości wprowadzanych strug 12 zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej w celu wytwarzania intensywnego wiru. Rozrzedzona mieszanka pyło-powietrzna wytwarza głęboki niedomiar powietrza w produktach spalania oraz powoduje redukcję już wcześniej wytworzonych tlenków azotu. Powietrze dopalające jest podawane na trzech stopniach, OFA I, OFA II i OFA III przez dysze 8, 9, 10 i 11. powietrza wtórnego dopalającego.

Claims (6)

1. Sposób niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego kotłach energetycznych z narożnymi palnikami, z rozdziałem mieszanki pyło-powietrznej na zagęszczoną i rozrzedzoną gdzie do dolnych zespołów palnikowych wprowadza się z wszystkich niezależnie od układu pracujących zespołów młynowych zagęszczoną mieszankę pyło-powietrzną, przez wyżej usytuowane zespoły palnikowe wprowadza się mieszankę pyło-powietrzną rozrzedzoną oraz z wprowadzaniem w pobliżu wylotu dysz pyłowych powietrza wtórnego i wprowadzaniem powietrza dopalającego do kotła, znamienny tym, że w obrębie dysz (3) dolnych zespołów palnikowych (2) zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej wprowadzanej strugami (12) z naroży kotła w ilości 70 - 80% wytwarzanego pyłu węglowego wprowadza się powietrze wtórne strugami (13), (14) odchylonymi o 3 - 5° w górę i w dół od strug (12) zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i miesza się strugi (13), (14) powietrza wtórnego ze strugami (12) zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej dopiero bliżej środka komory paleniska (1 po uprzednim zapłonie mieszanki pyło-powietrznej, przez wyżej usytuowane zespoły palnikowe (4) wprowadza się strugami (17) rozrzedzoną mieszankę pyło-powietrzną zawierającą najdrobniejsze frakcje pyłu z podstechiometryczną ilością powietrza, a powietrze dodatkowe dopalające dodaje się wielostopniowo w czasie drogi spalania w wirze blisko środka komory paleniskowej, do przestrzeni komory paleniskowej nad strugami (12) zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i pod strugami (17) rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej oraz nad strugami (17) rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej i powyżej na wybranej wysokości kotła.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zapłon mieszanki pyło-powietrznej oraz spalanie prowadzi się z niedomiarem powietrza.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strugi (17) rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej wprowadza się do komory paleniska ze zwiększoną prędkością.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że strugi (17) rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej wprowadza się do komory paleniska z prędkością dwukrotnie większą od prędkości wprowadzanych strug (12) zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej.

5. Palenisko do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych z narożnymi palnikami, zawierające dysze zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane w dolnych zespołach palnikowych i dysze rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane w wyższych zespołach palnikowych, dysze powietrza wtórnego zabudowane w pobliżu dysz paliwowych oraz dysze powietrza dopalającego OFA, znamienne tym, że dysze (3) zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane w dolnych zespołach palnikowych (2) posiadają zabudowane pod i nad dyszami (3) dolnych zespołów palnikowych (2) zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej dysze powietrza wtórnego (6), (7) odchylone w stronę komory paleniskowej (1) w górę i w dół o 3 - 5° od osi dysz (3) zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej, nad dolnym zespołem palników (2) z dyszami (3) zagęszczonej mieszanki pyło-powietrznej i pod górnym zespołem palników (4) z dyszami (5) rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane dysze (8), (9) powietrza wtórnego dopalającego OFA (I) odchylone od poziomu do góry i w dół pod kątem α = 10 - 15°w stronę środka komory paleniskowej (1), oraz nad zespołem palników (4) z dyszami (5) rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej zabudowane pod kątem β = 10 - 20° dysze (10) powietrza wtórnego dopalającego górnego OFA (N)

PL 210 434 B1 a nad nimi na wybranej wysokości kotła dysze (11) powietrza wtórnego dopalającego górnego OFA (UJ).

6. Palenisko według zastrz. 5, znamienne tym, że dysze (5) rozrzedzonej mieszanki pyło-powietrznej posiadają zwężający się przekrój w kierunku wylotu mieszanki.