PL215712B1 - Palnik do spalania gazu niskokalorycznego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest palnik do spalania gazu niskokalorycznego o kaloryczności poniżej ₃

6000 kJ/m³ powstałego przy wytopie surówki lub metali kolorowych w procesach wielkopiecowych.

Gazy odpadowe pochodzące z procesów metalurgicznych zawierające od kilku do kilkunastu procent tlenku węgla są najczęściej emitowane do atmosfery, zanieczyszczając środowisko, jednakże gazy te zazwyczaj zawierają także części palne i mogą być z powodzeniem spalane przy wspomaganiu płomieniem paliw wysokokalorycznych w paleniskach kotłów. Wykorzystanie gazów odpadowych o niskiej kaloryczności, które nie mogą samoistnie ulec zapłonowi wymaga wykonania odrębnej instalacji zawierającej urządzenia sterujące zasilaniem palnika gazowego przystosowanego do spalania gazów niskokalorycznych oraz wykonania zabezpieczenia zapewniającego stabilność płomienia w czasie spalania gazu niskokalorycznego.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 174450 palnik do spalania gazów niskokalorycznych mający wewnątrz korpusu komorę w kształcie spłaszczonego walca, w której jest umieszczona cylindryczna głowica osadzona na kolektorze wysokokalorycznego gazu. W kolektorze jest umieszczony współosiowo przewód wtórnego powietrza a w głowicy są osadzone stabilizatory korytkowe usytuowane w płaszczyźnie prostopadłej do głowicy, której górna część ma kształt stożka ściętego. Komora w kształcie spłaszczonego walca jest połączona z komorą wstępnego mieszania wspólnym otworem pomiędzy tymi komorami. Dwukomorowa konstrukcja korpusu palnika wraz z usytuowaniem korytkowych stabilizatorów względem głowicy oraz osadzenie współosiowo przewodu powietrza wtórnego wewnątrz kolektora gazu wysokokalorycznego umożliwia uzyskanie korzystnych efektów ze spalania niskokalorycznych gazów odpadowych.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr PL 140833 powierzchniowy palnik gazowy zawierający zespół stabilizatorów korytkowych płomienia tworzących stożkowe zakończenie palnika. Stabilizatory korytkowe są zamocowane pomiędzy gardzielą palnika a kolektorem gazu wysokokalorycznego, usytuowanego wzdłuż osi symetrii palnika, podczas gdy w dnach stabilizatorów korytkowych są umieszczone odcinki rur zaopatrzonych w dysze połączone z kolektorem gazu wysokokalorycznego za pomocą pierścieniowego kanału dzielącego stabilizatory na dwie części o różnych, malejących ku górze wymiarach poprzecznych.

Znana jest także z polskiego opisu patentowego PL 204371 instalacja zasilania palnika gazowego do spalania gazów niskokalorycznych. Palnik gazowy tej instalacji utworzony jest jako jedna całość z palnika gazu wysokokalorycznego o niskiej wydajności, palnika gazu niskokalorycznego o wysokiej wydajności i palnika gazu wysokokalorycznego o wysokiej wydajności. Palnik gazu wysokokalorycznego o niskiej wydajności jest umieszczony centralnie w osi i jest zakończony stabilizatorem stożkowym, wokół palnika gazu wysokokalorycznego o niskiej wydajności koncentrycznie umieszczony jest palnik gazu niskokalorycznego o wysokiej wydajności a wokół palnika gazu niskokalorycznego o wysokiej wydajności umieszczony jest koncentrycznie palnik gazu wysokokalorycznego o wysokiej wydajności.

Palnik do spalania gazu niskokalorycznego zbudowany z umiejscowionego centralnie w osi palnika zapłonowo-stabilizującego wokół którego umieszczony jest palnik gazu niskokalorycznego mający komorę wstępnego mieszania połączoną od góry z komorą końcowego mieszania o większej pojemności, której górny otwór stanowi dyszę wylotową w obszarze której umiejscowione są stabilizatory korytkowe połączone z palnikiem zapłonowo-stabilizującym według wynalazku charakteryzuje się tym, iż wyposażony jest w usytuowany w osi palnik rozruchowy koncentrycznie umieszczonego wokół niego palnika zapłonowo-stabilizującego zakończonego stabilizatorem stożkowym, palnik gazu niskokalorycznego tworzą trzy, rozmieszczone koncentrycznie wokół palnika zapłonowo-stabilizującego, połączone ze sobą i umiejscowione jedna pod drugą komory o stopniowo większych od dołu do góry pojemnościach, z których dolną stanowi komora cyklonowa do której stycznie zamocowany jest króciec powietrza, środkową komora wstępnego mieszania do której promieniowo zamocowany jest króciec gazu a górną komora końcowego mieszania, ponadto palnik zapłonowo-stabilizujący ma obszar mieszania się gazu z powietrzem w górnym obszarze kanału powietrza w przestrzeni przylegającej do pobocznicy stabilizatora stożkowego a palnik rozruchowy wyposażony jest w zapalarkę iskrową i czujnik dozoru płomienia. Stabilizatory korytkowe rozmieszczone są promieniowo.

W rozwiązanie według wynalazku wyeliminowuje niepewność eksploatacyjną spalania gazów niskokalorycznych polegającą na niebezpieczeństwie zerwania płomienia palnika zapłonowo-stabilizuPL 215 712 B1 jącego, wygaszenia procesu spalania a w następstwie tego przedostania się toksycznych gazów do atmosfery.

Przedmiot według wynalazku został uwidoczniony na rysunku na którym fig. 1 przedstawia palnik w widoku w przekroju podłużnym wraz z instalacją sterującą palnikiem, fig. 2 - palnik w widoku z góry bez stabilizatorów, fig. 3 - część środkową palnika w widoku z góry, fig. 4 - część środkową palnika w widoku w przekroju podłużnym a fig. 5 - palnik w widoku z góry.

Palnik do spalania gazu niskokalorycznego w przykładzie wykonania według wynalazku zbudowany jest z palnika rozruchowego 1 zasilanego gazem wysokokalorycznym o niskiej wydajności, wokół którego koncentrycznie umieszczony jest palnik zapłonowo-stabilizujący 2 zasilany gazem wysokokalorycznym o średniej wydajności oraz palnika gazu niskokalorycznego 3 o wysokiej wydajności osadzonego koncentrycznie wokół palnika zapłonowo-stabilizującego 2. Palnik rozruchowy 1 zbudowany jest z pionowego kołowego kanału powietrza 1.1 w rurze wewnętrznej oraz utworzonego wokół niego kanału gazowego 1.2 powstałego poprzez osadzenie rury wewnętrznej w rurze zewnętrznej. Od dołu kanał powietrza 1.1 połączony jest z króćcem powietrza 1.3. Kanał gazu 1.2 zamknięty jest pierścieniowym denkiem przyspawanym pomiędzy rurą wewnętrzną a rurą zewnętrzną. Do rury zewnętrznej współtworzącej kanał gazu 1.2 bezpośrednio nad denkiem przyspawany jest stycznie króciec gazu 1.4. W kanale powietrza 1.1 w jego osi umieszczona jest elektryczna zapalarka iskrowa 4, natomiast w kanale gazu 1.2 umieszczony jest czujnik dozoru płomienia 5. Do króćca powietrza 1.3 podłączony jest rurociąg 18 doprowadzający powietrze z kolektora powietrza 12 wyposażony w zawór regulacyjno-odcinający 18.1 i manometr 18.2. Do króćca gazu 1.4 podłączony jest rurociąg 17 włączony do rurociągu 16 gazu wysokokalorycznego wyposażony w zawór regulacyjno-odcinający 17.1 i manometr 17.2. Palnik zapłonowo-stabilizujący 2 zbudowany jest z kanału gazu 2.1 utworzonego poprzez osadzenie na rurze zewnętrznej kanału gazu 1.2 tulei rurowej zamkniętej od spodu pierścieniowym denkiem oraz kanału powietrza 2.2 utworzonego poprzez umieszczenie wokół tulei rurowej kanału gazu 2.1 zewnętrznej tulei rurowej zamkniętej od spodu pierścieniowym denkiem. Bezpośrednio nad denkiem zamykającym od dołu kanał gazu 2.1 zamocowany jest stycznie do tulei rurowej króciec gazu 2.3 a bezpośrednio nad denkiem zamykającym kanał powietrza 2.2 zamocowany jest stycznie do tulei rurowej króciec powietrza 2.4. Kanał powietrza 2.2 oraz kanał gazu 2.1 palnika zapłonowo-stabilizującego 2 od góry, to jest od strony dysz wylotowych zamknięte są powierzchnią czaszy stabilizatora stożkowego 6. W przestrzeni pod stabilizatorem stożkowym 6 w obszarze jego pobocznicy jest utworzony obszar mieszania się powietrza wypływającego z kanału powietrza 2.2 i gazu wypływającego z kanału gazu 2.1. W stabilizatorze stożkowym 6 przy jego górnej krawędzi znajdują się dysze 7 przez które wypływa na zewnątrz palna mieszanka gazowo-powietrzna, która spala się płomieniem wewnątrz stabilizatora stożkowego 6, dzięki czemu z jednej strony płomień jest zabezpieczony przed zdmuchnięciem przez strumień mieszanki gazu niskokalorycznego i powietrza a z drugiej strony stanowi źródło zapłonu i stabilizacji spalania gazu niskokalorycznego w środkowej strefie palnika. W obszarze pod stabilizatorem stożkowym 6 w tulei rurowej kanału powietrza 2.2 są otwory, do których przyłączone są kolektory 9 dysz 9.1 stabilizatorów korytkowych 8. Stabilizatory korytkowe 8 są rozmieszczone w płaszczyźnie wylotowej dyszy palnika gazu niskokalorycznego 3, korzystnie rozdzielając ją na cztery równe ćwiartki. Do króćca gazu 2.3 podłączony jest rurociąg 16 doprowadzający gaz wysokokaloryczny do palnika zapłonowo-stabilizującego 2 wyposażony w kryzę pomiarową ilości gazu 16.1, układ redukcji ciśnienia gazu, 16.2 manometr 16.3, zawór regulacyjno-odcinający 16.4, zawór odcinający 16.5, układ kontroli szczelności 16.6, zawór odcinający 16.7, reduktor 16.8 ilości powietrza i gazu i manometr 16.9. Do króćca powietrza 2.4 podłączony jest rurociąg 14 doprowadzający powietrze wyposażony w kryzę pomiaru ilości powietrza 14.1, przepustnicę regulacyjno- odcinającą 14.2, manometr 14.3 z rurką impulsową mierzący ciśnienie którego wartość przekazywana jest do reduktora 16.8 zamontowanego na rurociągu 16 gazu wysokokalorycznego, kompensator wydłużeń 14.4 oraz przepustnicę 14.5. Palnik gazu niskokalorycznego 3 składa się z komory cyklonowej 3.1 utworzonej poprzez umieszczenie tulei wokół zewnętrznej tulei rurowej kanału powietrza 2.2 palnika zapłonowostabilizującego 2, od góry połączonej z nią komory wstępnego mieszania 3.2 utworzonej także z tulei osadzonej wokół tulei rurowej kanału powietrza 2.2 jednakże o większej średnicy niż średnica tulei komory cyklonowej 3.1 oraz komory końcowego mieszania 3.3 utworzonej nad komorą wstępnego mieszania 3.2 także poprzez umieszczenie tulei o większej średnicy niż średnica tulei komory wstępnego mieszania 3.2 wokół zewnętrznej tulei rurowej kanału powietrza 2.2 palnika zapłonowostabilizującego 2. Tuleje od spodu połączone są odpowiednio między sobą pierścieniowymi denkami. Górny otwór komory końcowego mieszania 3.3 stanowi dyszę wylotową gazu niskokalorycznego

PL 215 712 B1 w płaszczyźnie której są rozmieszczone stabilizatory korytkowe 8. Tuż nad denkiem komory wstępnego mieszania 3.2 zamocowany jest promieniowo do tulei króciec gazu 3.5 do którego doprowadzony jest gaz niskokaloryczny z kolektora gazu 10 z manometrem 10.1 rurociągiem 11 wyposażonym w układ kontroli szczelności 11.1, zawór regulacyjno-odcinający 11.2, kryzę pomiarową 11.3, manometr 11.4 oraz kompensator wydłużeń 11.5. Natomiast tuż nad denkiem komory cyklonowej 3.1 zamocowany jest stycznie do tulei króciec powietrza 3.4 do którego doprowadzone jest z kolektora powietrza 12 z manometrem 12.1 powietrze rurociągiem 13 wyposażonym w kryzę pomiarową 13.1, zawór regulacyjno-odcinający 13.2, manometr 13.3 i kompensator wydłużeń 13.4.

Zasada działania palnika do spalania gazu niskokalorycznego według wynalazku polega na tym, iż w pierwszej kolejności uruchamia się palnik rozruchowy 1 na gaz wysokokaloryczny. Zapłon mieszanki gazowo-powietrznej w palniku rozruchowym I odbywa się za pomocą elektrycznej zapalarki iskrowej 4 umieszczonej w kanale powietrza 1.1. Jakość spalania gazu, ciągłość oraz stabilność płomienia w palniku rozruchowym 1 kontroluje się za pomocą czujnika dozoru płomienia 5 umieszczonego w kanale gazu 1.2. Następnie poprzez doprowadzenie gazu wysokokalorycznego i powietrza uruchamia się palnik zapłonowo-stabilizujący 2 wyposażony w stabilizatory korytkowe 8 i stabilizator stożkowy 6. Doprowadzany do palnika zapłonowo-stabilizującego 2 gaz wysokokaloryczny zawirowuje się w kanale gazu 2.1. Zawirowanie to może być współbieżne z kierunkiem powietrza w kanale powietrza 2.2 lub przeciwbieżne. Na wylocie z kanału gazu 2.1 zawirowany strumień gazu wysokokalorycznego jest odchylany na ściance pobocznicy stabilizatora stożkowego 6 i ulega intensywnemu mieszaniu ze strumieniem zawirowanego powietrza doprowadzonego kanałem powietrza 2.2. Powstała mieszanka gazu wysokokalorycznego i powietrza zostaje bezpośrednio z przestrzeni mieszania wprowadzona do kolektorów 9 stabilizatorów korytkowych 8 oraz dysz 7 stabilizatora stożkowego 6 gdzie następuje jej zapłon od płomienia palnika rozruchowego 1. Palnik rozruchowy 1 służy także jako źródło stabilizujące płomień palnika zapłonowo-stabilizującego 2. Stabilizatory korytkowe 8 palnika zapłonowo-stabilizującego 2 są rozmieszczone w płaszczyźnie wylotowej dyszy gazu niskokalorycznego. Stabilizatory korytkowe 8 mają za zadanie inicjację zapłonu gazu niskokalorycznego na możliwie dużej przestrzeni wylotowej dyszy palnika gazu niskokalorycznego 3. Kolejno uruchamia się palnik gazu niskokalorycznego 3 poprzez doprowadzenie do niego gazu i powietrza. Źródłem zapłonowym oraz czynnikiem stabilizującym płomień dla gazu niskokalorycznego jest płomień gazowy w dyszach stabilizatora stożkowego 6 i stabilizatorach korytkowych 8. Gaz do palnika gazu niskokalorycznego 3 wprowadza się promieniowo do komory wstępnego mieszania 3.2 gdzie zostaje on zmieszany wstępnie ze strumieniem wirującej strugi powietrza wpływającej do komory wstępnego mieszania gazu 3.2 z komory cyklonowej 3.1. Wstępnie wymieszany w komorze mieszania wstępnego 3.2 gaz niskokaloryczny z powietrzem przepływa do wylotowej komory końcowego mieszania 3.3 palnika gazu niskokalorycznego 3 gdzie ulega dokładnemu wymieszaniu dzięki ekspansji wypływowej mieszaniny do komory końcowego mieszania 3.3 o większej objętości od objętości komory wstępnego mieszania 3.2. Wytworzone wiry recyrkulacyjne w przestrzeniach narożnych komory wstępnego mieszania 3.2 powodują dokładne wymieszanie strumienia wypływającej mieszanki gazowo-powietrznej której proces spalania odbywa się w reżimie zbliżonym do reżimu kinetycznego który w sposób zdecydowany zwiększa pewność zapłonu i stabilność procesu spalania.

Claims (2)

1. Palnik do spalania gazu niskokalorycznego zbudowany z umiejscowionego centralnie w osi palnika zapłonowo-stabilizującego wokół którego umieszczony jest palnik gazu niskokalorycznego mający komorę wstępnego mieszania połączoną od góry z komorą końcowego mieszania o większej pojemności, której górny otwór stanowi dyszę wylotową w obszarze której umiejscowione są stabilizatory korytkowe połączone z palnikiem zapłonowo-stabilizującym, znamienny tym, że wyposażony jest w usytuowany w osi palnik rozruchowy (1) umieszczonego koncentrycznie wokół niego palnika zapłonowo-stabilizującego (2) zakończonego stabilizatorem stożkowym (6), palnik gazu niskokalorycznego (3) tworzą trzy rozmieszczone koncentrycznie wokół palnika zapłonowo-stabilizującego (2), połączone ze sobą i umiejscowione jedna pod drugą komory (3.1), (3.2), (3.3) o stopniowo większych od dołu do góry pojemnościach, z których dolną stanowi komora cyklonowa (3.1) do której stycznie zamocowany jest króciec powietrza (3.4), środkową komorą wstępnego mieszania (3.2) do której promieniowo zamocowany jest króciec gazu (3.5) a górną komorą końcowego mieszania (3.3), ponadto palnik zapłoPL 215 712 B1 nowo-stabilizujący (2) ma obszar mieszania się gazu z powietrzem w górnym obszarze kanału powietrza (2.2) w przestrzeni przylegającej do pobocznicy stabilizatora stożkowego (6) a palnik rozruchowy (1) wyposażony jest w zapalarkę iskrową (4) i czujnik dozoru płomienia (5).

2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że stabilizatory korytkowe (8) rozmieszczone są