PL217825B1 - Sposób spalania paliwa w komorach spalania pieców hutniczych i stalowniczych oraz kotłów grzewczych i energetycznych oraz układ do stosowania tego sposobu - Google Patents

Sposób spalania paliwa w komorach spalania pieców hutniczych i stalowniczych oraz kotłów grzewczych i energetycznych oraz układ do stosowania tego sposobu

Info

Publication number
PL217825B1
PL217825B1 PL391714A PL39171410A PL217825B1 PL 217825 B1 PL217825 B1 PL 217825B1 PL 391714 A PL391714 A PL 391714A PL 39171410 A PL39171410 A PL 39171410A PL 217825 B1 PL217825 B1 PL 217825B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
combustion
fuel
air
temperature
segment
Prior art date
Application number
PL391714A
Other languages
English (en)
Other versions
PL391714A1 (pl
Inventor
Dariusz Szewczyk
Lars Forsberg
Original Assignee
Ics Ind Comb Systems Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ics Ind Comb Systems Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością filed Critical Ics Ind Comb Systems Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority to PL391714A priority Critical patent/PL217825B1/pl
Priority to PCT/PL2011/000063 priority patent/WO2012002829A2/en
Priority to EP11746329.9A priority patent/EP2588804A2/en
Publication of PL391714A1 publication Critical patent/PL391714A1/pl
Publication of PL217825B1 publication Critical patent/PL217825B1/pl

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F23C6/047—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure with fuel supply in stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/14—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion
    • F23G5/16—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion in a separate combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/32—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor the waste being subjected to a whirling movement, e.g. cyclonic incinerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/50—Control or safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/022—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangement of monitoring devices; Arrangement of safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0033—Heating elements or systems using burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/40—Inducing local whirls around flame
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2221/00—Pretreatment or prehandling
    • F23N2221/08—Preheating the air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/22—Pilot burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/02—Air or combustion gas valves or dampers
    • F23N2235/06—Air or combustion gas valves or dampers at the air intake
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spalania paliwa w komorach spalania pieców hutniczych, pieców stalowniczych, kotłów grzewczych i kotłów energetycznych oraz układ do stosowania tego spalania.
W polskim opisie zgłoszeniowym nr R 350112 przedstawiony został sposób zmniejszenia zużycia paliwa oraz emisji CO2 i NOx w procesach spalania z super wysokim podgrzewaniem powietrza, w którym do komory paleniskowej doprowadza się wysoko podgrzane powietrze o temperaturze wyższej od temperatury samozapłonu paliwa przez dysze usytuowane w odległości większej od dwukrotnej średnicy otworu dyszy wysoko podgrzanego powietrza lecz nie większej od pięciokrotnej średnicy otworu tej dyszy, przy czym korzystne jest, by przy spalaniu na przykład gazu ziemnego powietrze było podgrzane do temperatury co najmniej 850°C, a przy spalaniu oleju opałowego i pyłu węglowego do temperatury co najmniej 550°C, ponadto korzystne jest by objętościowy udział tlenu wylotowych spalinach był zawarty w przedziale od 0,25 do 3,0%. Piec realizujący ten sposób z wysoko temperaturowym podgrzewaczem powietrza ma co najmniej dwa ceramiczne regeneratory typu „hoenycomb”, które pracują na przemian, przy czym gdy jeden ogrzewa się gorącymi spalinami w celu akumulacji energii, drugi podgrzewa przepływające przez niego powietrze spalania do temperatury co najmniej 850°C w przypadku spalania gazu i co najmniej 550°C w przypadku spalania oleju opałowego i pyłu węglowego, po czym następuje rewersja.
W amerykańskim opisie patentowym nr US 5403181 przedstawiono sposób spalania z niską emisją NOx, w którym paliwo podstawowe jest wtryskiwane z zewnątrz w strumień powietrza do spalania, inicjując pierwszy stopień spalania, który wytwarza cylindryczny płomień główny okrywający strumień powietrza do spalania. Wtryskiwane osobno paliwo wtórne zostaje przechwycone przez płomień główny, co powoduje redukcję NOx powstających w płomieniu głównym, na skutek zajścia drugiego stopnia spalania będącego efektem kontaktu paliwa wtórnego z powietrzem niesionym przez płomień główny. Rozwiązanie to pozwala zmniejszyć zawartość NOx w spalinach. W odmianie sposobu przedstawionego w tej publikacji przewidziano etapy: etap pierwszy wtryskiwanie pełnej ilości powietrza do spalania przez gardziel palnika, dostarczanie paliwa i wtryskiwanie paliwa z obrzeża strumienia powietrza w kierunku tego powietrza, poddanie paliwa pierwotnego pierwszemu spalaniu w celu wytworzenia cylindrycznego płomienia głównego otaczającego strumień powietrza, w drugim etapie paliwo wtórne jest dostarczone i wtryskiwane z zewnątrz w kierunku powstałego wcześniej płomienia i poddawane jest wtórnemu spalaniu z częścią powietrza przenikającego przez płomień główny, tworząc płomień wtórny. Powietrze jest początkowo osłonięte płomieniem głównym do momentu znalezienia się w punkcie, gdzie wtryskiwane jest paliwo wtórne. Natychmiast po wtryśnięciu w kierunku podawanego powietrza paliwo wtórne jest otaczane wspomnianym płomieniem głównym, co skutkuje ich kontaktem i redukcją NOx, a następnie dochodzi do drugiego, wtórnego spalania.
W sposobie spalania z niską emisją NOx dostarczane do układu powietrze używane jest do spalania paliwa pierwotnego dostarczanego do pierwszego segmentu spalania przy pomocy trybu pracy F1, w którym paliwo pierwotne wtryskiwane jest w strumień powietrza, następnie pozostała część powietrza, przenikająca do wnętrza komory spalania, poddawana jest spalaniu wtórnemu przy pomocy wtryskiwanego w nią paliwa wtórnego w trybie pracy F2. Stosunek udziału paliwa w trybach pracy F1 do F2 w odniesieniu do powietrza może zostać określony w dowolnych proporcjach: 90 - 30% paliwa F2 do 10 - 70% paliwa F1. W pierwszym stopniu spalania paliwo główne wtryskiwane w kierunku od peryferii strumienia powietrza płynącego w gardzieli ku temu powietrzu ulega zapaleniu przez palnik pilotujący, i zaczyna się proces spalania z tworzeniem cylindrycznego płomienia głównego. Płomień otacza powietrze. Aby stworzyć taki płomień cylindryczny należy zastosować dwie lub więcej dysz paliwa głównego, najlepiej aby były one rozmieszczone w równych odległościach na wewnętrznych powierzchniach, wokół gardzieli. W tym momencie część powietrza podlega pierwszemu spalaniu tworząc cylindryczny płomień główny, a pozostała część powietrza przechodzi dalej wnętrzem cylindrycznego płomienia. Następnie wtórne paliwo w trybie pracy F2 jest wtryskiwane ku płomieniowi z dysz, które są ulokowane na zewnątrz płomienia głównego. Paliwo wtórne w trybie pracy F2 natychmiast po wtryśnięciu spotyka się z płomieniem głównym, który oddziela je od strumienia powietrza płynącego wewnątrz płomienia. Wówczas płomień główny zostaje pozbawiony znacznej części tlenu i wtrysk paliwa wtórnego powoduje redukcje NOx w płomieniu głównym, w miejscu kontaktu obu paliw. Następnie w dolnej części strumienia, z dala od płomienia głównego, paliwo wtórne w trybie F2 kontaktuje się z pozostałym powietrzem, które przeszło przez płomień główny, co doprowadza do wtórnego
PL 217 825 B1 spalania. W etapie tym płomień wtórny tworzy się we wnętrzu komory spalania. Tak więc powietrze, podawane przez gardziel, jest osłaniane w swych zewnętrznych rejonach przez płomień główny przed paliwem wtórnym, co daje pewność, że NOx zawarte w płomieniu głównym są redukowane dzięki udziałowi paliwa wtórnego, następnie powietrze jest całkowicie dopalane już tylko przez paliwo wtórne. Zapewnienie odpowiedniego rozkładu temperatur i bezpośrednio z tym związanego rozkładu strumienia ciepła w strefach nowoczesnych pieców przemysłowych jest jednym z podstawowych zadań stawianych dziś nowoczesnym systemom spalania. Jedną z technologii spalania spełniającą powyższy warunek, dokumentowaną w literaturze jak i potwierdzoną przemysłowymi aplikacjami, jest technologia spalania zwana HiTAC od nazwy High Temperature Air Combustion. Technologia spalania HiTAC używana jest w palnikach regeneracyjnych HRS wyposażonych w regeneratory ceramiczne. Palniki te służą do ogrzewania pieców przemysłowych. Palniki HRS zasilane są wprawdzie powietrzem o temperaturze otoczenia, ale w ich wnętrzu powietrze jest ogrzewane w złożach regeneracyjnych do temperatury około 100°C poniżej temperatury w komorze spalania. Kryterium włączenia trybu pracy F2 jest temperatura w komorze spalania powyżej 750°C, i jest to minimalna temperatura mierzona na ścianie komory spalania wynikająca z normy PN-EN 746-2, tym samym temperatura powietrza za regeneratorem wynosi powyżej 650°C. Temperatura przejścia z trybu F1 w tryb F1/F2 czy tryb F2 w technologii HiTAC zależy od wielu czynników, między innymi od rodzaju paliwa oraz od temperatury powietrza dostarczanego do palników HRS.
Istota sposobu spalania według wynalazku, polega na tym, że wstępnie, celem uzyskania temperatury T niezbędnej dla uruchomienia trybu pracy F2, podgrzewa się komorę spalania produktami spalania w trybie pracy F1 do temperatury Tk, zaś powietrze zasilające palnik podgrzewa się w wymienniku ciepła do temperatury TAIR w przedziale od temperatury otoczenia do 450°C, maksymalnie do 600°C, po czym po spełnieniu zależności T = 1/2(Tk + TAIR) podaje się w trybie pracy F2 jednostrumieniowo paliwo, kierując je korzystnie równolegle do strumienia palącej się mieszanki paliwa, powietrza i spalin z pierwszego segmentu spalania, aż do ich zmieszania i całkowitego spalenia.
W układzie według wynalazku pierwszy segment układu spalania, mający postać cylindra, wewnątrz którego umieszczone są co najmniej jeden palnik pilotujący oraz co najmniej jedna dysza paliwa pierwotnego, usytuowana w osi równoległej do stycznej przekroju cylindra oraz prostopadle do osi podłużnej komory spalania, jest z jednej strony połączony z komorą powietrza zasilającego, a z drugiej strony posiada przewężenie zakończone rurą ogniową, która z kolei jest połączona z wejściem drugiego segmentu układu spalania, gdzie osadzone są jedna lanca z dyszą paliwa wtórnego oraz co najmniej jeden czujnik temperatury układu spalania, przy czym każdy palnik pilotujący jest połączony poprzez zawory odcinające z zasilaczem paliwa gazowego, natomiast zawory odcinające są połączone z elementem sterującym, do którego jest także przyłączona sonda UV.
Korzystnym jest, gdy komora powietrza połączona jest z podgrzewaczem powietrza poprzez przepustnicę regulacyjną.
Następnie korzystnym jest, gdy w pierwszym segmencie układu spalania wszystkie dysze paliwa pierwotnego razem połączone są z zasilaczem paliwa poprzez przepustnicę regulacyjną.
Dalej korzystnym jest, gdy w drugim segmencie układu spalania jedna lanca z dyszą paliwa wtórnego połączona jest z zasilaczem paliwa poprzez przepustnicę regulacyjną.
Korzystnym jest także, gdy w pierwszym segmencie układu spalania każdy palnik pilotujący połączony jest z zasilaczem powietrza poprzez przepustnicę regulacyjną.
Ponadto korzystnym jest, gdy czujniki temperatury połączone są z elementem sterującym przepustnic regulacyjnych dysz paliwa pierwotnego, przepustnicy regulacyjnej dyszy paliwa wtórnego i przepustnicy regulacyjnej przewodu doprowadzającego powietrze do komory powietrza.
Wynalazek powstał w wyniku badań, obserwacji i rozważań teoretycznych. Zauważono bowiem, że zanim w komorze spalania dojdzie do zapalenia paliwa, następuje silne mieszanie się strugi powietrza wtryskiwanego do komory spalania z gorącymi produktami procesu spalania znajdującymi się w komorze spalania. Stosunek objętościowy zasysanego przez strugę powietrza do gorących spalin określono na poziomie minimalnym 1:1, to znaczy 1 m3 powietrza zasysa i miesza się z 1 m3 gorących spalin. Temperatura tak powstałej mieszaniny w uproszczeniu jest temperaturą średnią tych dwu temperatur T=1/2(Tk + TAIR). Dla przykładu, jeżeli temperatura Tk panująca w komorze spalania wynosi 1200°C, to wtrysk paliwa do komory spalania będzie możliwy przykładowo już przy temperaturze powietrza TAIR = 300°C.
Takie rozwiązanie spowodowało, że w technologii spalania HiTAC nie jest konieczne wykorzystywanie tylko palników wyposażonych w regeneratory ceramiczne, lecz można ją również aplikować
PL 217 825 B1 do pieców mających rekuperatory centralne, metalowe, w których temperatury powietrza zasilającego palniki kształtują się zazwyczaj od 250°C do 450°C, w skrajnych przypadkach do 600°C. Takie zdefiniowanie kryteriów zaowocowało tym, że powstała nowa rodzina palników, zwanych HTB od nazwy High Temperature Burner, które podobnie jak palniki, zwane HRS od nazwy High-cycle Regenerative System wykorzystują technologie spalania HiTAC, lecz posiadają uproszczona konstrukcję i są od nich znacząco mniejsze.
Sposób i układ z nowymi palnikami HTB, według wynalazku, pozwoliły na obniżenie emisji NOx, CO, CO2, spowodowały równomierny rozkład temperatur w strefie i we wsadzie oraz znaczne wydłużyły żywotności wymurówki komory spalania.
Zastosowanie sposobu według wynalazku skutkuje wydłużeniem płomienia od 10% do 30% w stosunku do płomienia w palnikach z dwoma lancami. Efekt ten uzyskany jest dzięki wydłużeniu drogi mieszania, a tym samym wydłużeniu czasu, w którym cząstka paliwa napotyka cząstkę utleniacza.
Wynalazek zostanie przybliżony na podstawie przykładowego wykonania pokazanego na rysunku, którego poszczególne figury przedstawiają:
fig. 1 - ideę sposobu według wynalazku wraz z ilustracją procesu spalania, fig. 2 - schemat ideowy układu, fig. 3 - palnik układu spalania w przekroju poprzecznym.
Na fig. 1 przedstawiono procesy zachodzące podczas spalania, gdzie: A - oznacza podgrzane powietrze, B - spaliny, F1 - paliwo dostarczane w pierwszym segmencie układu spalania, F2 - paliwo dostarczane w drugim segmencie układu spalania, F1+A - palącą się mieszankę powietrza i paliwa z pierwszego segmentu układu spalania, otaczającą strumień powietrza, F1+A+B - palącą się mieszankę powietrza i paliwa z pierwszego segmentu układu spalania wraz ze spalinami, F2+F1+A+B palącą się mieszankę powietrza, paliwa z pierwszego i drugiego segmentu układu spalania wraz ze spalinami, 1 - palnik pilotujący, 2 - dysza paliwa pierwszego segmentu spalania, 3 - lanca z dyszą paliwa drugiego segmentu spalania, 24 - strefa silnej redukcji NOx, AIR- powietrze.
Zgodnie z zastrzeganym sposobem, dla uzyskania temperatury T niezbędnej dla uruchomienia trybu pracy F2, najpierw podgrzewa się komorę spalania produktami spalania z trybu pracy F1 do temperatury Tk, a powietrze zasilające palnik podgrzewa się w wymienniku ciepła do temperatury TAIR, która może zawierać się w przedziale od temperatury otoczenia do 450°C, a maksymalnie do 600°C. Zależność ta jest określona równaniem T = 1/2(Tk + TAIR), zaś po spełnieniu tego warunku podaje się paliwo wtórne w trybie pracy F2. Paliwo wtórne podaje się jedną lancą z dyszą 3, z której strumień paliwa wypływa korzystnie równolegle do strumienia palącej się mieszanki powietrza i paliwa z pierwszego segmentu spalania oraz spalin, miesza się i spala się razem powodując wydłużenie płomienia, wydłużenie czasu spalania, równomierny rozkład temperatur w komorze spalania oraz niską emisję związków toksycznych, zwłaszcza bardzo niską emisję NOx.
Kryterium włączenia trybu pracy F2 w przypadku palników HTB określone jest jako średnia temperatur w komorze spalania i powietrza zasilającego palnik i wynosi: 640°C dla propanu C3H8 oraz
690°C dla metanu CH4, co przy komorze spalania nagrzanej do odpowiednich temperatur powyżej
750°C pozwala na zasilanie palników HTB powietrzem od temperatury 0°C do 600°C. Komora spalania od temperatury otoczenia do temperatury powyżej 750°C rozgrzewana jest za pomocą trybu pracy F1. Praca w trybie pracy F1 polega na zapaleniu mieszanki paIiwowo-powietrznej od palnika pilotującego 1 we wnętrzu palnika głównego, w jego gardzieli. Zapalona w gardzieli palnika mieszanka, przez rurę ogniową 5, trafia do komory spalania i ją rozgrzewa. Po osiągnięciu zadanej temperatury, zależnej od temperatury komory spalania, mierzonej na ściankach komory spalania, temperatury powietrza na zasilaniu i rodzaju paliwa, następuje włączenie trybu pracy F2. Paliwo od tej chwili oprócz podawania za pomocą dyszy trybu pracy F1, podawane jest jedną lancą dyszą 3 trybu pracy F2, dla każdego zamontowanego i pracującego palnika. Wylot paliwa z lancy z dyszą 3 umiejscowiony jest w określonej odległości od rury ogniowej 5 palnika, z której wydostaje się płomień i produkty spalania pochodzące z pracy palnika w trybie pracy F1. Powietrze otoczone płomieniem wypływające z rury ogniowej 5 palnika przy pracy palnika w trybie F2 powinno posiadać prędkość na poziomie od około 10 do 100 m/s. Kierunek podawanego strumienia paliwa korzystnie jest równoległy do strumienia podawanego powietrza i mieszaniny spalin i płomienia. Zmieniając kąt podawania paliwa w stosunku do strumienia mieszaniny powietrza, spalin i płomienia, można sterować długością płomienia, ale należy pamiętać, że zmiany takie wpływają na jakość procesu spalania i rozkład pola temperatur we wnętrzu komory spalania. Najbardziej optymalnym sposobem podawania paliwa w stosunku do strumienia powietrza, spalin i płomienia, ze względu na emisję NOx i rozkład temperatur, jest równoległość tych dwu strumieni.
PL 217 825 B1
Układ spalania według wynalazku zawiera komorę powietrza zasilającego 6, dwusegmentowy układ spalania, dysze paliwa pierwotnego 2, jedną lancę z dyszą paliwa wtórnego 3, palnik pilotujący 1, podgrzewacz powietrza 7, zasilacz paliwa 8, zasilacz paliwa gazowego 25, przepustnice regulacyjne 10, 11, 12, 13, 14, czujniki temperatury 15, czujnik UV 26 oraz element sterujący 19.
Pierwszy segment 20 układu spalania ma postać cylindra, wewnątrz którego umieszczone są palnik pilotujący 1 oraz dysza paliwa pierwotnego 2, usytuowana w osi równoległej do stycznej przekroju cylindra oraz prostopadle do osi podłużnej komory spalania. Pierwszy segment 20 z jednej strony połączony jest z komorą powietrza zasilającego 6, z drugiej strony ma przewężenie 21 zakończone rurą ogniową 5, która połączona jest z wejściem drugiego segmentu 22 układu spalania, w którym osadzone są lanca z dyszą 3 paliwa wtórnego oraz czujnik temperatury 15 układu spalania.
Komora powietrza połączona jest z podgrzewaczem powietrza 7 poprzez przepustnicę regulacyjną 14.
W pierwszym segmencie układu spalania wszystkie dysze 2 paliwa pierwotnego razem połączone są z zasilaczem 8 paliwa poprzez przepustnicę regulacyjną 13, natomiast każdy palnik pilotujący 1 połączony jest z zasilaczem 25 paliwa gazowego poprzez zawory odcinające połączone z elementem sterującym 19, przy czym sonda UV 26 również połączona jest z elementem sterującym 19, a ponadto każdy palnik pilotujący I połączony jest z przewodem powietrznym 23 poprzez przepustnicę regulacyjną 10.
W drugim segmencie układu spalania lanca z dyszą 3 paliwa wtórnego połączona jest z zasilaczem 8 paliwa poprzez przepustnicę regulacyjną 12.
Czujniki temperatury 15 połączone są z elementem 19 sterującym pracą przepustnic regulacyjnych 13 dysz 2 paliwa pierwotnego, przepustnicy regulacyjnej 12 dyszy 3 paliwa wtórnego i przepustnicy regulacyjnej 14 przewodu doprowadzającego powietrze do komory powietrza 6.
Wynalazek znajduje zastosowanie wszędzie tam gdzie kładziony jest nacisk na wysoką jakość spalania, niską emisyjność, oszczędność energii, oraz poprawienie parametrów produktu. Palniki HTB montowane są na piecach podgrzewczych w walcowniach stali jako palniki boczne lub wzdłużne. Zastosowanie palników HTB możliwe jest również w wannach szklarskich, w komorach spalania pieców hutniczych, pieców stalowniczych, kotłów grzewczych i kotłów energetycznych.
Dzięki wynalazkowi podawanie paliwa tylko przez jedną lancę z dyszą skutkuje wzrostem długości płomienia, co z kolei skutkuje zwiększeniem rzeczywistego obszaru spalania. Zwiększenie obszaru spalania powoduje wydłużenie czasu powstawania mieszanki paIiwowo-powietrznej, co umożliwia lepsze i bardziej dokładne wymieszanie powstającej mieszanki z produktami spalania znajdującymi się w komorze spalania na skutek wewnętrznej recyrkulacji. Efektem tego zabiegu jest jeszcze bardziej równomierny rozkład temperatur w płomieniu a idąc dalej w całej komorze spalania. Takie prowadzenie procesu spalania skutkuje:
- wzrostem żywotności elementów wymurówki pieca,
- wzrostem wydajności pieca na skutek skrócenia czasu potrzebnego do wyrównania temperatur w podgrzewanym wsadzie,
- wzrostem jakości produktów - brak lokalnych przegrzań i niedogrzań wsadu,
- ograniczeniem zapotrzebowaniem na surowce energetyczne w przeliczeniu na kilogram produktu,
- redukcją emisji tlenków azotu NOx,
- redukcją emisji dwutlenku węgla CO2,
- możliwością instalacji palników na obiektach, gdzie do tej pory z uwagi na brak miejsca instalacja systemów dwulancowych była niemożliwa,
- obniżeniem kosztów wykonania instalacji na skutek jej uproszczenia,
- zmniejszeniem awaryjności systemu na skutek jego uproszczenia.

Claims (7)

1. Sposób spalania paliwa w komorach spalania pieców hutniczych, pieców stalowniczych, kotłów grzewczych i kotłów energetycznych, według którego spalanie inicjujące prowadzi się w trybie pracy F1, natomiast spalanie wtórne w trybie pracy F2, znamienny tym, że wstępnie, celem uzyskania temperatury T niezbędnej dla uruchomienia trybu pracy F2, podgrzewa się komorę spalania produktami spalania w trybie pracy F1 do temperatury Tk, zaś powietrze zasilające palnik podgrzewa się
PL 217 825 B1 w wymienniku ciepła do temperatury TAIR w przedziale od temperatury otoczenia do 450°C, maksymalnie do 600°C, po czym po spełnieniu zależności T = 1/2(Tk + TAIR) podaje się w trybie pracy F2 jednostrumieniowo paliwo, kierując je korzystnie równolegle do strumienia palącej się mieszanki paliwa, powietrza i spalin z pierwszego segmentu spalania, aż do ich zmieszania i całkowitego spalenia.
2. Układ do spalania paliwa gazowego w komorach spalania pieców hutniczych i stalowniczych oraz kotłów grzewczych i energetycznych, zawierający komorę powietrza zasilającego, dwusegmentowy układ spalania, dysze paliwa pierwotnego, dysze paliwa wtórnego, palnik pilotujący, podgrzewacz powietrza, zasilacz paliwa, gazowego, przepustnice regulacyjne, czujniki temperatury oraz element sterujący, znamienny tym, że pierwszy segment (20) układu spalania, mający postać cylindra, wewnątrz którego umieszczone są co najmniej jeden palnik pilotujący (1) oraz co najmniej jedna dysza (2) paliwa pierwotnego, usytuowana w osi równoległej do stycznej przekroju cylindra oraz prostopadle do osi podłużnej komory spalania, jest z jednej strony połączony z komorą powietrza zasilającego (6), a z drugiej strony posiada przewężenie (21) zakończone rurą ogniową (5), która z kolei jest połączona z wejściem drugiego segmentu (22) układu spalania, gdzie osadzone są jedna lanca z dyszą (3) paliwa wtórnego oraz co najmniej jeden czujnik temperatury (15) układu spalania, przy czym każdy palnik pilotujący (1) jest połączony poprzez zawory odcinające z zasilaczem paliwa gazowego (25), natomiast zawory odcinające są połączone z elementem sterującym (19), do którego jest także przyłączona sonda UV (26).
3. Układ do spalania według zastrz. 2, znamienny tym, że komora powietrza połączona jest z podgrzewaczem powietrza (7) poprzez przepustnicę regulacyjną (14).
4. Układ do spalania według zastrz. 2, znamienny tym, że w pierwszym segmencie (20) układu spalania wszystkie dysze (2) paliwa pierwotnego razem połączone są z zasilaczem (8) paliwa poprzez przepustnicę regulacyjną (13).
5. Układ do spalania według zastrz. 2, znamienny tym, że w drugim segmencie (22) układu spalania jedna lanca z dyszą (3) paliwa wtórnego połączona jest z zasilaczem paliwa (8) poprzez przepustnicę regulacyjną (12).
6. Układ do spalania według zastrz. 2, znamienny tym, że w pierwszym segmencie (20) układu spalania każdy palnik pilotujący (1) połączony jest z przewodem powietrznym (23) poprzez przepustnicę regulacyjną (10).
7. Układ do spalania według zastrz. 2, znamienny tym, że czujniki temperatury (15) połączone są z elementem sterującym (19) przepustnic regulacyjnych (13) dysz (2) paliwa pierwotnego, przepustnicy regulacyjnej (12) dyszy (3) paliwa wtórnego i przepustnicy regulacyjnej (14) przewodu doprowadzającego powietrze do komory powietrza (6).
PL391714A 2010-07-02 2010-07-02 Sposób spalania paliwa w komorach spalania pieców hutniczych i stalowniczych oraz kotłów grzewczych i energetycznych oraz układ do stosowania tego sposobu PL217825B1 (pl)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL391714A PL217825B1 (pl) 2010-07-02 2010-07-02 Sposób spalania paliwa w komorach spalania pieców hutniczych i stalowniczych oraz kotłów grzewczych i energetycznych oraz układ do stosowania tego sposobu
PCT/PL2011/000063 WO2012002829A2 (en) 2010-07-02 2011-06-29 The method for burning fuel in combustion chambers of metallurgical furnaces, steelmaking furnaces, heating boilers and power boilers and fuel burning system in combustion chambers of metallurgical furnaces, steelmaking furnaces, heating boilers and power boilers.
EP11746329.9A EP2588804A2 (en) 2010-07-02 2011-06-29 The method for burning fuel in combustion chambers of metallurgical furnaces, steelmaking furnaces, heating boilers and power boilers and fuel burning system in combustion chambers of metallurgical furnaces, steelmaking furnaces, heating boilers and power boilers.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL391714A PL217825B1 (pl) 2010-07-02 2010-07-02 Sposób spalania paliwa w komorach spalania pieców hutniczych i stalowniczych oraz kotłów grzewczych i energetycznych oraz układ do stosowania tego sposobu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL391714A1 PL391714A1 (pl) 2012-01-16
PL217825B1 true PL217825B1 (pl) 2014-08-29

Family

ID=44533039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL391714A PL217825B1 (pl) 2010-07-02 2010-07-02 Sposób spalania paliwa w komorach spalania pieców hutniczych i stalowniczych oraz kotłów grzewczych i energetycznych oraz układ do stosowania tego sposobu

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2588804A2 (pl)
PL (1) PL217825B1 (pl)
WO (1) WO2012002829A2 (pl)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL227902B1 (pl) * 2013-10-21 2018-01-31 Ics Industrial Combustion Systems Spólka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Sposób niskoemisyjnego spalania gazów nisko i średniokalorycznych, zwłaszcza gazów syntezowanych, w komorach spalania przemysłowych urządzeń energetycznych i układ do niskoemisyjnego spalania gazów nisko i średniokalorycznych, zwłaszcza gazów syntezowanych, w komorach spalania przemysłowych urządzeń energetycznych

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2683545B2 (ja) * 1988-05-25 1997-12-03 東京瓦斯 株式会社 炉内燃焼方法
US5240404A (en) * 1992-02-03 1993-08-31 Southern California Gas Company Ultra low NOx industrial burner
JP2638394B2 (ja) 1992-06-05 1997-08-06 日本ファーネス工業株式会社 低ＮＯｘ燃焼法
US5772421A (en) * 1995-05-26 1998-06-30 Canadian Gas Research Institute Low nox burner
JP3557028B2 (ja) * 1996-02-14 2004-08-25 Ｊｆｅスチール株式会社 燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法
US6652265B2 (en) * 2000-12-06 2003-11-25 North American Manufacturing Company Burner apparatus and method
PL350112A1 (en) 2001-10-15 2003-04-22 Politechnika Slaska Im Wincent Method of reducing fuel consumption as well as co2 and nox emission in particular in combustion processes employing extra high preheating of combustion air

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012002829A3 (en) 2013-08-22
PL391714A1 (pl) 2012-01-16
EP2588804A2 (en) 2013-05-08
WO2012002829A2 (en) 2012-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9540930B2 (en) Axial piston motor and method for operation of an axial piston motor
CN101415993A (zh) 氧化燃料和空气燃料燃烧的整合
US11649960B2 (en) Low NOx burner with bypass conduit
CN102449394A (zh) 回转炉的NOx抑制技术
US6287111B1 (en) Low NOx boilers, heaters, systems and methods
RU2681549C1 (ru) Система сжигания с низким выбросом оксидов азота для грануляционных установок с подвижными колосниковыми решетками
US20130008168A1 (en) Burner for stabilizing the combustion of a gas turbine
TWI551824B (zh) 燃燒裝置的燃燒控制方法
JPH01500049A (ja) 環状のノズル・バ−ナ−とその環状のノズル・バ−ナ−を使用する方法
PL217825B1 (pl) Sposób spalania paliwa w komorach spalania pieców hutniczych i stalowniczych oraz kotłów grzewczych i energetycznych oraz układ do stosowania tego sposobu
US7980850B2 (en) Self-recuperated, low NOx flat radiant panel heater
US10684010B2 (en) Burner assembly and method for combustion of gaseous or liquid fuel
CN113167467B (zh) 用于减少NOx-排放的燃烧器和用于运行燃烧器的方法
JP3149666B2 (ja) 放射加熱装置およびその燃焼方法
CN113286968B (zh) 用于进行无火焰的分级燃烧的方法和装置
RU2317499C2 (ru) Способ и горелка для вращающихся печей
RU2813936C1 (ru) Коаксиальная ступенчатая горелка факельного сжигания топливовоздушной смеси
RU2093751C1 (ru) Горелочное устройство для сжигания газообразного топлива с регулируемым масштабом турбулентности потока газовоздушной смеси, поступающей в камеру горения
RU2093752C1 (ru) Способ сжигания газообразного топлива с регулированием масштаба турбулентности потока газовоздушной смеси, поступающей в камеру горения
Senegačnik et al. Improving the efficiency of lime burning annular shaft kiln by gas recirculation