PL211304B1 - Wielostrefowe palenisko wirowe do niskotemperaturowego spalania paliwa stałego - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211304 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 379555 ^{(51) Int.Cl.}

F23B 30/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 27.04.2006 (54) Wielostrefowe palenisko wirowe do niskotemperaturowego spalania paliwa stałego (73) Uprawniony z patentu:

INSTYTUT ENERGETYKI, Warszawa, PL ENERGIAWIR SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

29.10.2007 BUP 22/07 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.05.2012 WUP 05/12 (72) Twórca(y) wynalazku:

TOMASZ GOLEC, Warszawa, PL

BARTOSZ ŚWIĄTKOWSKI, Warszawa, PL MACIEJ OSTAP, Pruszków, PL TADEUSZ EKIERT, Racibórz, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Danuta Jankowska

PL 211 304 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wielostrefowe palenisko wirowe do niskotemperaturowego spalania paliwa stałego zwłaszcza w dużych kotłach energetycznych, zapewniające emisję tlenków azotu NOx na poziomie spełniającym normy UE - poniżej 200 mg/Nm³.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 170 075 palenisko kotłów do niskotemperaturowego spalania paliwa drobnomielonego, zawierające pionową komorę spalania z umieszczonym na pionowych ścianach komory palnikami podstawowymi mieszaniny pyłowo-powietrznej o wylotach skierowanych tangencjonalnie w dół komory i osiach poziomych stycznych do centrum komory. W połowie przeciwległych ścian leja zainstalowane są podwójne dysze mieszaniny pyłowo-powietrznej i powietrza wtórnego skierowane wylotami w górę komory paleniskowej. Podstawowe strumienie mieszaniny pyłowo-powietrznej skierowane tangencjonalnie do centrum komory tworzą wir poziomy a podawany od dołu, z połowy ścian leja dodatkowy strumień powietrza wtórnego tworzy wir śrubowy. Główne powietrze wtórne dolnego nadmuchu podawane jest z dołu leja w górę komory wytwarzając wielokrotną recyrkulację cząstek paliwa i gorącego powietrza i wytworzenie strefy redukcyjnej w leju, zmniejszającej emisję tlenków azotu NOx poprzez spowolnienie procesu spalania.

Znane jest z polskiego opisu zgłoszeniowego PL 326 412 palenisko wirowe kotła energetycznego do niskotemperaturowego spalania paliwa, w którym oprócz strefy redukcyjnej uzyskanej poprzez zastosowanie wiru niskotemperaturowego w leju komory wytworzona jest w górnej części komory pierwsza strefa dopalająca poprzez usytuowanie na różnych poziomach ścian bocznych, nad podstawowymi palnikami mieszaniny pyłowo-powietrznej, podwójnych palników paliwo-powietrznych i powietrza wtórnego. Druga strefa dopalająca wytworzona poprzez usytuowanie pod lejem dodatkowej komory powietrza wtórnego która powoduje, że powietrze wypływające z dołu leja, tworzy w przewężeniu leja płaską poduszkę powietrzną a strumień powietrza uformowany w dodatkowej komorze powietrza wtórnego leja, unosi niespalone cząstki węgla w górę komory do pierwszej strefy dopalającej z nadmiarem powietrza, gdzie następuje ich dopalenie.

Opisane rozwiązania oparte na dwustopniowym spalaniu paliwa stałego zapewniają redukcję tlenków azotu NOx do poziomu 450-350 mg/Nm³.

Celem wynalazku jest opracowanie paleniska wirowego do niskotemperaturowego spalania paliwa zapewniającego proces wielostopniowego spalania paliwa oraz emisję tlenków azotu na poziomie poniżej 200 mg/Nm³ wynikającym z norm UE.

Istota wielostrefowego paleniska do niskotemperaturowego spalania paliwa stałego, zawierającego komorę paleniskową z zimnym lejem wyposażonym w urządzenie dolnego nadmuchu powietrza wtórnego, w której na różnych poziomach wysokości ścian bocznych znajdują się palniki pyłowopowietrzne, dysze powietrza wtórnego oraz zespoły paliwowo-powietrzne zawierające dysze pyłowe i dysze powietrza, których oś wypł ywu tworzy z pionową ś cianą boczną komory ką t zróż nicowany w poziomach ich rozmieszczenia o wartoś ciach rosną cych w dół komory polega na tym, ż e w zainstalowanych na 1/3 wysokości pionowych ścian, bocznych komory zintegrowanych zespołach paliwowopowietrznych rozmieszczonych parami, przeciwlegle na tej samej wysokości ścian bocznych dysza paliwowa jest zainstalowana w płaszczyźnie równoległej bezpośrednio pod dyszą powietrza, przy czym nad ostatnim zintegrowanym zespołem paliwowo-powietrznym zainstalowane są na tych samych wysokościach, prostopadle do każdej ze ścian pionowych, bocznych komory, przeciwległymi parami dysze powietrza górnego. Powyżej dysz powietrza górnego, na każdej ze ścian pionowych bocznych komory, zainstalowana jest na tej samej wysokości ścian, dysza powietrza dopalającego ofa powyżej której zainstalowane są co najmniej dwa palniki wtórnego spalania, przy czym powyżej każdej pary palników wtórnego spalania jest zamocowana na każdej ze ścian pionowych bocznych komory na tej samej wysokości ścian co najmniej jedna dysza dopalająca sofa. Urządzenie dolnego nadmuchu pod lejem komory jest wyposażone w wyprofilowany odcinek powierzchni walcowej usytuowany powierzchnią wklęsłą naprzeciw wlotu powietrza dolnego nadmuchu.

Zainstalowanie według wynalazku na ścianach pionowych komory paleniskowej zintegrowanych zespołów paliwo-powietrznych, z których każdy zawiera dyszę paliwową umieszczoną bezpośrednio w płaszczyź nie równoległej pod dyszą powietrza a nad zintegrowanymi zespołami paliwowo-powietrznymi w kolejności ustalonej według wynalazku dysz powietrza górnego, dysz powietrza dopalającego oraz palników wtórnego spalania, rozmieszczonych parami przeciwległymi na tych samych wysokościach ścian bocznych komory, zapewnia wytworzenie w przestrzeni komory paleniskowej dwu stref

PL 211 304 B1 redukcyjnych przy czterech strefach spalania w komorze co gwarantuje obniżenie emisji tlenków azotu NOx do poziomu 200 mg/Nm³.

Wynalazek został objaśniony w oparciu o rysunek przedstawiający przekrój pionowy czterostrefowej wirowej komory paleniskowej do niskotemperaturowego spalania pyłu węglowego w dużych kotłach energetycznych.

Według wynalazku w wirowej komorze paleniskowej do niskotemperaturowego spalania węgla przykładowo o 4 pionowych ścianach bocznych z lejem LZ, pod którym zbudowane jest urządzenie dolnego nadmuchu powietrza oraz na 1/3 wysokości ścian bocznych znajdują się kolumny palnikowe KP·,, i KP?. W górnej części kolumny palnikowej KP₂ w płaszczyźnie do niej prostopadłej jest zainstalowana - dysza powietrza górnego DPGg a w kolumnie palnikowej KP? - dysza powietrza górnego DPG?. Poniżej dysz powietrza górnego PPG, kolumny palnikowe KPg i KP? są wyposażone w zintegrowane zespoły paliwowo-powietrzne, przy czym każdy zespół posiada równolegle położone bezpośrednio jedna nad drugą dyszę powietrza DPW i położoną pod nią dyszę paliwową DPP przykładowo kolumna KP posiada trzy zespoły paliwowo-powietrzne DPW1-DPP1, DPW2-DPP2, DPW3-DPP3, a kolumna palnikowa KP? trzy zespoły paliwo-powietrzne DPW4-DPP4, PPW5-DPP5, DPW6-DPP6. Osie wpływu zintegrowanych zespołów paliwowo-powietrznych DPWrDPP-ι, DPW?-DPP? DPWg-DPPg są pochylone w dół tworząc z płaszczyzną poziomą kąt Χβ o wartości zróżnicowanej dla każdego zespołu, ustalonym eksperymentalnie dla dużych kotłów energetycznych, położonego najwyżej, bezpośrednio pod dyszą powietrza górnego DPG·, i dyszą PPG? zespołu paliwowo-powietrznego DPWg-DPPg na kolumnie KPg, i zespołu DPW4-DPP4 na kolumnie KP? kąt Χβι wynosi 10°. Dla zespołu paliwowo-powietrznego DPWg-DPP? i zespołu paliwowo powietrznego DPW5-DPP5 znajdujących się w pozycji środkowej kolumn palnikowych KPg i odpowiednio KP? kąt A&2 wynosi 20°. Dla zespołu paliwowo-powietrznego DPW3-DPP3 i zespołu DPWr-DPPr umieszczonych w najniższym punkcie kolumn palnikowych KPg i KP?, najbardziej zbliżonym do leja LZ kąt wynosi 30°. Poniżej leja LZ komory paleniskowej znajduje się urządzenie dolnego nadmuchu, którego według wynalazku stanowi przelotowa skrzynia powietrzna SKP wyposażona w system dysz powietrza dolnego DPP i system blach w postaci powierzchni walcowych BK jak pokazano na rysunku. Powyżej kolumn palnikowych KPg i KP? zainstalowane są przykładowo nad kolumną palnikową KPg - dysza dopalająca DP OFAg a nad kolumną palnikową KP? dysza dopalająca DP OFA?. Powyżej dysz dopalających DP OFAg i OFA?, są zainstalowane według wynalazku na ścianach bocznych komory K palniki wtórnego spalania PWS. Nad dyszą dopalającą DP OFAg instaluje się dwa palniki wtórnego spalania PWSg a nad dyszą dopalającą DPOFA? - dwa palniki wtórnego spalania PWS?. Według wynalazku powyżej palników wtórnego spalania PWS₁ i PWS? zainstalowane są na tej samej wysokości ścian dysze dopalające DP, przykładowo 1-a dysza dopalająca DP SOFAg nad palnikiem wtórnego spalania PWSj. i 1-a dysza dopalająca DP SOFA? nad palnikiem wtórnego spalania PWS?.

Opisane wzajemne usytuowanie według wynalazku w przestrzeni komory K zespołów paliwowo-powietrznych DPW-DPP dysz powietrza górnego DPG palników wtórnego spalania PWS oraz dysz powietrza dopalającego DP, zapewnia przebieg niskotemperaturowego procesu spalania w palenisku wirowym w czterech strefach, dolnej strefie redukcyjnego spalania DSRS usytuowanej w leju LZ komory, dolnej strefie dopalania SDg usytuowanej nad lejem LZ komory oraz usytuowanych w górnej części komory K górnej strefie redukcyjnego spalania GSRS a nad nią górnej strefie dopalania SD? charakteryzujących się niezależną organizacją procesu spalania w obrębie stref.

Cyrkulacyjny pionowy ruch cząstek pyłu węglowego w dolnej strefie redukcyjnego spalania DSRS sprawia, że czas przebywania cząstek paliwa w tej strefie jest dwukrotnie dłuższy. Dolna strefa redukcyjnego spalania DSRS pozwala na prowadzenie procesu niskotemperaturowego spalania z niedomiarem powietrza w niższej temperaturze około 800°C zapewniając znaczne ograniczenie generacji tlenków azotu w tej strefie. Niespalone cząstki paliwa ze strefy redukcyjnego spalania DSRS są przemieszczane do dolnej strefy dopalania SDg gdzie są spalane z niewielkim nadmiarem powietrza wytworzonym przez powietrz dostarczone przez dysze powietrza górnego DPGg i DPG?. W konsekwencji ogólny poziom generacji tlenków azotu NO_x w dwóch pierwszych strefach SDg, DSRS kształtują się na poziomie około 350 mg/Nm³. Odpowiedni dobór ilości powietrza dostarczonego przez dysze powietrza dopalającego DP OFAg i OFA? w stosunku do ilości paliwa dostarczonego przez palniki wtórnego spalania PWSg - PWS? na jednej ścianie komory i PWS3-PWS4 na przeciwległej ścianie komory, pozwala na prowadzenie spalania w górnej strefie redukcyjnego spalania GSRS charakteryzującej się silnym niedomiarem powietrza, w której dzięki dużej koncentracji rodników węglowodorowych następuje dalsza silna konwersja NOx do azotu cząstkowego N?. Niedopały paliwa z górnej

PL 211 304 B1 strefy redukcyjnego spalania GSRS są spalane w górnej strefie dopalania SD2 charakteryzującej się niewielkim nadmiarem powietrza wytworzonym przez powietrze dostarczone przez dysze dopalające

DP SOFA₁ i DP SOFA₂.

W konsekwencji niskotemperaturowy proces spalania realizowany w palenisku wirowym według wynalazku, posiadającym wyróżnioną w przestrzeni komory K dolną strefę redukcyjną DSRS. dolną strefę dopalania SD1 górną strefę redukcyjną GSRS, górną strefę dopalania SDj_ zapewnia obniżenie emisji tlenków azotu NO_x do poziomu poniżej 200 mg/Nm³ z dalszą możliwością obniżania emisji NO_x przez zainstalowanie w komorze paleniskowej K dużych kotłów energetycznych nad dotychczasową górną strefą dopalania DPG2, palników wtórnego spalania PWS następnego n-tego poziomu a nad nimi dysz dopalających DPG następnego górnego n-tego poziomu. Wprowadzenie palników wtórnego spalania PWS i dysz dopalających DPG następnego górnego poziomu, wymaga według wynalazku ponownego ustalenia wartości kąta Χβ pochylenia zespołów paliwowo-powietrznych DPW-DPP w stosunku do osi poziomej paleniska jak również ustalenia ilości użytych zespołów paliwowo-powietrznych DPW-DPP - jako warunku prawidłowego przebiegu niskotemperaturowego spalania w komorze paleniskowej K. Niskotemperaturowy proces spalania pyłu węglowego przebiegający w palenisku wirowym według wynalazku posiadającym wyróżnione w przestrzeni komory paleniskowej K cztery strefy spalania dolną strefę redukcyjną DSRS, dolną strefę dopalania SD1 górną strefę redukcyjną GSRS oraz górną strefę dopalania SD2 zapewnia obniżenie emisji tlenków azotu NO_x do poziomu poniżej 200 mg/Nm³.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Wielostrefowe palenisko do niskotemperaturowego spalania paliwa stałego, zawierające komorę paleniskową z zimnym lejem wyposażonym w urządzenie dolnego nadmuchu powietrza wtórnego, w której na różnych poziomach wysokości ścian bocznych znajdują się palniki paliwowo-powietrzne, dysze powietrza dopalającego oraz zespoły paliwowo-powietrzne zawierające dysze pyłowe i dysze powietrza, których oś wypływu tworzy ze ścianą pionową komory kąt zróżnicowany w poziomach ich rozmieszczenia o wartościach rosnących w dół, znamienne tym, że w zainstalowanych na 1/3 wysokości pionowych ścian bocznych komory (K) zintegrowanych zespołach paliwowo-powietrznych (DPW-DPP) rozmieszczonych parami, przeciwlegle na tej samej wysokości ścian, dysza pyłowa (DPP) zainstalowana jest bezpośrednio w płaszczyźnie równoległej pod dyszą powietrza (DPW), przy czym nad ostatnią parą zintegrowanych zespołów paliwowo-powietrznych (DPW-DPP) zainstalowane są na tych samych wysokościach, prostopadle do każdej z pionowych ścian bocznych dysze powietrza górnego (DPG) a powyżej dysz powietrza górnego (DPG1 i (DPG2) na każdej ze ścian bocznych, pionowych komory zainstalowane są na tej samej wysokości ścian bocznych, dysze powietrza dopalającego (DP SOFA) powyżej których zainstalowane są co najmniej dwa palniki wtórnego spalania (PWS1) i (PWS2), przy czym powyżej palników wtórnego spalania (PWSj i (PWS2) zamocowana jest na każdej ze ścian pionowych bocznych komory (K) na tej samej wysokości co najmniej jedna dysza dopalająca (DP SOFA), ponadto urządzenie dolnego nadmuchu (DDP) leja (LZ) komory (K) jest wyposażone w wyprofilowany odcinek powierzchni walcowej (BK) usytuowany powierzchnią wklęsłą naprzeciw wlotu powietrza dolnego nadmuchu (DDP).