PL228139B1 - Palnik do spalania gazu wysokokalorycznego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest palnik do spalania gazu wysokokalorycznego przeznaczony zwłaszcza do spalania gazów rafinacyjnych powstałych w trakcie rafinacyjnej przeróbki paliw ciekłych, głównie ropy naftowej.

Powstałe w trakcie rafinacji ropy naftowej gazy rafinacyjne są gazami o bardzo wysokim cieple spalania dochodzącym do 130 MJ/m³. Spalanie tych gazów w warunkach przemysłowych wymaga stosowania specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych i specjalnych technologii procesu spalania w celu zapewnienia bezpiecznej i pewnej eksploatacji palników gazowych. Spalanie gazów o bardzo wysokiej kaloryczności, w komorach spalania o niskiej wysokości wymaga wykonania specjalnej konstrukcji dysz palnika umożliwiających dokładne wymieszanie gazu wysokokalorycznego z powietrzem, bezpośrednio na wylocie z dysz palnika w celu wytworzenia mieszanki kinetycznej, która charakteryzuje się maksymalną dla danej mieszaniny gazowej normalną prędkością spalania. Mieszanie powietrza z gazem musi odbywać się na zewnątrz dyszy wylotowej w celu wyeliminowania przeskoku płomienia do wnętrza kanału gazowego.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL107053 wielodyszowy palnik gazowy do spalania mieszanki gazowej wysokokalorycznej, składający się z obudowy, która otacza komorę mieszania, przy czym w tylnej części obudowy palnika zabudowana jest w osi palnika centralna dysza gazowa, zaś koncentrycznie wokół niej zabudowane są pozostałe dysze gazowe, a ponadto z pierścienia rurowego z dyszami powietrza pierwotnego, usytuowanymi koncentrycznie względem osi palnika, przy czym pierścień rurowy z dyszami powietrznymi jest zabudowany wokół środkowej części komory mieszania, na odcinku osi palnika pomiędzy dyszami gazowymi a zdejmowalną tarczą dyszową, przylegającą do korpusu przesłony powietrza wtórnego przy czym osie dysz gazowych, osadzonych w tylnej ścianie obudowy komory mieszania palnika, w ilości co najmniej dwóch dysz, są skierowane pod pewnym kątem do osi głównej palnika i przecinają tę oś, tworząc niewielki kąt zawirowania strumienia gazu w płaszczyźnie prostopadłej do osi głównej palnika, przy czym wokół środkowej części komory mieszania osadzony jest koncentrycznie pierścień rurowy powietrza pierwotnego, wyposażony w dysze, zaś osie dysz powietrznych są skierowane względem osi głównej palnika pod pewnym kątem, większym niż kąt nachylenia osi dysz gazowych i przecinają się w osi głównej palnika, a w związku z tym tworzą niewielki kąt zawirowania powietrza z płaszczyzną prostopadłą do osi głównej palnika a ponadto wylot komory mieszania jest od strony korpusu przesłony powietrza ograniczony przez zdejmowalną tarczę dyszową, zamocowaną do komory w znany sposób, przy czym tarcza dyszowa jest zarazem dyszą wtórną jak też przegrodą ogniową, przecinającą strumień mieszaniny powietrzno-gazowej w pobliżu jej wylotu z komory mieszania, lecz nieco za tą komorą co zapobiega ewentualności cofania się płomienia.

Znany jest ze stosowania palnik do spalania gazu wysokokalorycznego zbudowany z umiejscowionego w osi wzdłużnej palnika zapłonowego utworzonego z kanału gazu w dolnej części zespolonego z króćcem przyłączeniowym a od góry zakończonego dyszą, otoczonego kanałem powietrza w dolnej części zespolonym z króćcem przyłączeniowym oraz otaczającego go palnika wysokokalorycznego utworzonego z kanału gazu od góry zakończonego dyszą wylotową a w dolnej części zespolonego z króćcem przyłączeniowym oraz kanału powietrza od góry zakończonego dyszą wylotową a w dolnej części zespolonego z króćcem przyłączeniowym.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 140883 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.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 174450 palnik do spalania gazów niskokalorycznych, który zawiera 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 osadzeniu współosiowo przewodu powietrza

PL 228 139 B1 wtórnego wewnątrz kolektora wysokokalorycznego gazu, umożliwia uzyskanie korzystnych efektów ze spalania niskokalorycznych gazów odpadowych.

Palnik do spalania gazu wysokokalorycznego zbudowany z umiejscowionego w osi wzdłużnej palnika zapłonowego utworzonego z kanału gazu w dolnej części zespolonego z króćcem przyłączeniowym a od góry zakończonego dyszą, otoczonego kanałem powietrza w dolnej części zespolonym z króćcem przyłączeniowym oraz otaczającego go palnika wysokokalorycznego według wynalazku charakteryzuje się tym, iż palnik wysokokaloryczny utworzony jest z otaczającego palnik zapłonowy pierścieniowego kanału wewnętrznego powietrza w dolnej części zespolonego z króćcem przyłączeniowym a od góry zakończonego konfuzorem którego każda ze ścianek usytuowana jest pod kątem w zakresie od 0° do 70° w stosunku do osi wzdłużnej, następnie otoczonego pierścieniowym kanałem środkowym powietrza w dolnej części zespolonym z króćcem przyłączeniowym a od góry zakończonym konfuzorem którego każda ze ścianek jest pochylona pod kątem w zakresie od 20° do 70° w stosunku do osi wzdłużnej, kolejno otoczonym pierścieniowym kanałem zewnętrznym powietrza w dolnej części zespolonym z króćcem przyłączeniowym a którego każda ze ścianek przy wylocie powietrza usytuowana jest ukośnie w kierunku do środka palnika pod kątem w zakresie od 20° do 70° w stosunku do osi wzdłużnej, przy czym pomiędzy kanałem wewnętrznym powietrza a kanałem środkowym powietrza utworzony jest przedzielający je pierścieniowy kanał wewnętrzny gazu w dolnej części zespolony z króćcem przyłączeniowym a od góry zakończony dyfuzorem którego każda ze ścianek jest pochylona pod kątem w zakresie od 20° do 70° w stosunku do osi wzdłużnej a w którym umiejscowiona jest kierownica gazu kierująca wypływający z kanału wewnętrznego gazu strumień gazu nad sąsiadujący z kanałem wewnętrznym gazu kanał wewnętrzny powietrza i kanał środkowy powietrza a pomiędzy kanałem środkowym powietrza i kanałem zewnętrznym powietrza umiejscowiony jest przedzielający je pierścieniowy kanał zewnętrzny gazu w dolnej części zespolony z króćcem przyłączeniowym a którego każda ze ścianek przy wylocie gazu usytuowana jest ukośnie w kierunku do środka palnika pod kątem w zakresie od 20° do 70° w stosunku do osi wzdłużnej. Dyfuzor w przekroju poprzecznym ma kształt równoramiennego trapezu a kierownica gazu ma kształt trójkąta równoramiennego. Króćce przyłączeniowe doprowadzające powietrze zamocowane są w jednym zgodnym kierunku wypływu powietrza, przeciwnym do zgodnego kierunku wypływu gazu z króćców przyłączeniowych doprowadzających gaz do palnika wysokokalorycznego.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia palnik w przekroju podłużnym, fig. 2 przedstawia widok gardzieli wylotowej palnika, a fig. 3 widok palnika od spodu.

Palnik do spalania gazu wysokokalorycznego w przykładzie wykonania według wynalazku zbudowany jest z umiejscowionego w osi wzdłużnej palnika zapłonowego oraz otaczającego go palnika wysokokalorycznego. Palnik zapłonowy zbudowany jest z kanału gazu 1 od góry zakończonego dyszą 2 w kształcie stożka ściętego z otworami na pobocznicy oraz otaczającego go kanału powietrza 3. Kanał gazu 1 palnika zapłonowego od spodu zamknięty jest denkiem powyżej którego zespolony jest z króćcem przyłączeniowym 4 który zamocowany jest promieniowo do rury tworzącej kanał gazu 1. Kanał powietrza 3 palnika zapłonowego u wylotu zakończony jest pierścieniową szczeliną utworzoną pomiędzy górną krawędzią rury zewnętrznej tworzącej kanał powietrza 3 a dyszą 2, a od spodu zamknięty jest denkiem powyżej którego zespolony jest z króćcem przyłączeniowym 5 który zamocowany jest stycznie do rury zewnętrznej tworzącej kanał powietrza 3. Przy palniku zapłonowym po jego zewnętrznej stronie zamontowana jest zapalarka elektryczna 6 wyposażona w siłownik 7 wsuwu i wysuwu. Palnik zapłonowy przeznaczony jest do zasilania gazem wysokokalorycznym zwłaszcza gazem ziemnym. Palnik wysokokaloryczny utworzony jest z otaczającego palnik zapłonowy pierścieniowego kanału wewnętrznego powietrza 8 od spodu zamkniętego denkiem powyżej którego zespolony jest z króćcem przyłączeniowym 9 który zamocowany jest stycznie do rury zewnętrznej tworzącej kanał wewnętrzny powietrza 8 a od góry zakończonego konfuzorem 10, otoczonego następnie pierścieniowym kanałem środkowym powietrza 11 od spodu zamkniętym denkiem powyżej którego zespolony jest z króćcem przyłączeniowym 12 który zamocowany jest stycznie do rury zewnętrznej tworzącej kanał środkowy powietrza 11 a od góry zakończonym konfuzorem 13, otoczonym kolejno pierścieniowym kanałem zewnętrznym powietrza 14 od spodu zamkniętym denkiem powyżej którego zespolony jest z króćcem przyłączeniowym 15 który zamocowany jest stycznie do rury zewnętrznej tworzącej kanał zewnętrzny powietrza 14 a którego ścianki przy wylocie powietrza 16 w płaszczyźnie gardzieli wylotowej palnika według rozwiązania usytuowane są ukośnie w kierunku do środka palnika pod kątem w zakresie od 20 do 70° korzystnie 20° w stosunku do jego osi wzdłużnej. Pomiędzy kanałem wewnętrznym powietrza 8 a kanałem środkowym powietrza 11 utworzony jest przedzielający je pierścieniowy kanał wewnętrzny

PL 228 139 B1 gazu 17 od spodu zamknięty denkiem powyżej którego zespolony jest z króćcem przyłączeniowym 18 który zamocowany jest stycznie do rury zewnętrznej tworzącej kanał wewnętrzny gazu 17. Od góry kanał wewnętrzny gazu 17 zakończony jest dyfuzorem 19 w którym umiejscowiona jest kierownica gazu 20 kierująca wypływający z kanału wewnętrznego gazu 17 strumień gazu nad sąsiadujący z kanałem wewnętrznym gazu 17 kanał wewnętrzny powietrza 8 i kanał środkowy powietrza 11. Pomiędzy kanałem środkowym powietrza 11 a kanałem zewnętrznym powietrza 14 umiejscowiony jest przedzielający je pierścieniowy kanał zewnętrzny gazu 21 od spodu zamknięty denkiem powyżej którego zespolony jest z króćcem przyłączeniowym 22 który zamocowany jest stycznie do rury zewnętrznej tworzącej kanał zewnętrzny gazu 21. Ścianki kanału zewnętrznego gazu 21 przy wylocie gazu 23 w płaszczyźnie gardzieli wylotowej palnika według rozwiązania usytuowane są ukośnie w kierunku do środka palnika pod kątem w zakresie od 20° do 70° korzystnie 20° w stosunku do jego osi wzdłużnej. Kanał gazu 1 palnika zapłonowego utworzony jest z usytuowanej po środku palnika rury, zaś kolejne kanały gazu 17, 21 i kanały powietrza 3, 8, 11, 14 utworzone są w przestrzeniach pomiędzy współosiowo osadzonymi rurami o coraz większych średnicach, otaczających kolejno rurę kanału gazu 1 palnika zapłonowego. W kanale wewnętrznym powietrza 8 umieszczony jest skaner 24 płomienia palnika zapłonowego. Kanał wewnętrzny gazu 17 przeznaczony jest do zasilania gazem wysokokalorycznym zwłaszcza gazem ziemnym a kanał zewnętrzny gazu 21 przeznaczony jest do zasilania gazem wysokokalorycznym zwłaszcza gazem ratyfikowanym. Konfuzor 10 kanału wewnętrznego powietrza 8 w przekroju poprzecznym ma kształt trapezu prostokątnego przy czym ścianka konfuzora 10 odleglejsza od osi wzdłużnej palnika zukosowana jest w zakresie od 20° do 70° korzystnie 30° w stosunku do osi wzdłużnej palnika. Konfuzor 13 kanału środkowego powietrza 11 w przekroju poprzecznym ma kształt trapezu, przy czym jego obie ścianki pochylone są pod kątem w zakresie od 20° do 70°, korzystnie jedna pod kątem 20° a druga pod kątem 30° w stosunku do osi wzdłużnej palnika. Umiejscowiony na końcu kanału wewnętrznego gazu 17 dyfuzor 19 w przekroju poprzecznym ma kształt równoramiennego trapezu, przy czym jego ścianki pochylone są pod kątem w zakresie od 20 do 70° korzystnie 30° w stosunku do osi wzdłużnej palnika, zaś kierownica gazu 20 ma kształt trójkąta równoramiennego. W kanale środkowym powietrza 11 zamontowany jest skaner 25 płomienia gazu wysokokalorycznego palnika wysokokalorycznego. Króćce przyłączeniowe 5, 9, 12, 15, zamocowane są w jednym zgodnym kierunku wypływu powietrza, przeciwnym do kierunku zgodnego wypływu gazu z króćców przyłączeniowych 18, 22 doprowadzających gaz. Kierownica gazu 20 spełnia również rolę stabilizatora korytkowego. Powierzchnie prześwitów wylotów powietrza w płaszczyźnie gardzieli wylotowej palnika wysokokalorycznego są kilkakrotnie większe niż powierzchnie prześwitów wylotów gazu w płaszczyźnie gardzieli wylotowej z tego palnika. Podobnie pola powierzchni przekrojów poprzecznych poszczególnych kanałów powietrza 8, 11, 14 są kilkakrotnie większe niż pola powierzchni przekrojów poprzecznych poszczególnych kanałów gazu 17, 21.

Spalanie gazów wysokokalorycznych w palniku według wynalazku przebiega tak, iż do palnika zapłonowego doprowadza się gaz ziemny, który w dyszy 2 miesza się z doprowadzonym kanałem powietrza 3 strumieniem powietrza a następnie na wyjściu z dyszy 2 ulega zapłonowi od iskry zapalarki elektrycznej 6. Płomień palnika zapłonowego kontrolowany jest przez skaner 24 płomienia. Następnie doprowadza się do palnika wysokokalorycznego powietrze, przy czym doprowadzane powietrze rozdzielane jest w palniku wysokokalorycznym na powietrze doprowadzone kanałem wewnętrznym powietrza 8 w ilości 20-40% ilości stechiometrycznej powietrza, powietrze doprowadzane kanałem środkowym powietrza 11 w ilości 30-50% ilości stechiometrycznej powietrza oraz powietrze doprowadzane kanałem zewnętrznym powietrza 14 w ilości 10-30% ilości stechiometrycznej powietrza. Powietrze doprowadza się tak, aby szybkość wypływu powietrza doprowadzanego kanałem wewnętrznym, środkowym i zewnętrznym była w przedziale wpś=8-18 m/s a kierunek wypływu wszystkich strumieni powietrza był jednakowy. Następnie, kanałem wewnętrznym gazu 17 doprowadza się gaz wysokokaloryczny, korzystnie gaz ziemny, a kanałem zewnętrznym gazu 21 gaz wysokokaloryczny, korzystnie gaz rafinacyjny, w taki sposób, że kierunek wypływu obu gazów jest identyczny i przeciwny do kierunku wypływu strumieni powietrza. Na usytuowanej w dyfuzorze 19 kierownicy gazu 20, stanowiącej jednocześnie stabilizator korytkowy, strumień gazu rozdzielany jest na dwa strumienie, z których pierwszy kierowany jest w stronę powietrza doprowadzanego kanałem wewnętrznym powietrza 8 a drugi w kierunku powietrza doprowadzanego kanałem środkowym powietrza 11 z prędkością wypływu strumienia gazu z obu kanałów w granicach wg=12-20 m/s. Gaz wysokokaloryczny rafinacyjny jest zawirowany w tym samym kierunku co strumienie gazu ziemnego i w kierunku przeciwnym do zawirowania strumieni powietrza. Zmniejszenie grubości strumienia gazu wysokokalorycznego i zawirowanie go w kierunku przeciwnym przy wyższej prędkości wypływu niż strumienie powietrza pozwalają uzyskać lepsze wymieszanie gazu

PL 228 139 B1 z powietrzem i uzyskać mieszankę palną zbliżoną do stechiometrycznej, już w najbliższym sąsiedztwie dyszy wylotowej palnika. Taki sposób doprowadzenia gazu i powietrza umożliwia uzyskanie krótkiego płomienia o wysokiej koncentracji energii cieplnej w przestrzeni bliskiej wylotowi z dyszy palnika, co szczególnie jest istotne w przypadku komór spalania o małej objętości. Aerodynamika przepływu gazu i powietrza daje możliwość stabilnego oraz całkowitego i zupełnego spalania dużych ilości wysokokalorycznych gazów w komorach spalania o małej objętości przy bardzo niskiej liczbie nadmiaru powietrza (n=1,0-0,1) przy całkowitym i zupełnym spalaniu (CQ<30 mg/pm³, NQx<150 mg/pm³).

Claims (4)

1. Palnik do spalania gazu wysokokalorycznego zbudowany z umiejscowionego w osi wzdłużnej palnika zapłonowego utworzonego z kanału gazu w dolnej części zespolonego z króćcem przyłączeniowym a od góry zakończonego dyszą, otoczonego kanałem powietrza w dolnej części zespolonym z króćcem przyłączeniowym oraz otaczającego go palnika wysokokalorycznego, znamienny tym, że palnik wysokokaloryczny utworzony jest z otaczającego palnik zapłonowy pierścieniowego kanału wewnętrznego powietrza (8) w dolnej części zespolonego z króćcem przyłączeniowym (9) a od góry zakończonego konfuzorem (10) następnie otoczonego pierścieniowym kanałem środkowym powietrza (11) w dolnej części zespolonym z króćcem przyłączeniowym (12) a od góry zakończonym konfuzorem (13) kolejno otoczonym pierścieniowym kanałem zewnętrznym powietrza (14) w dolnej części zespolonym z króćcem przyłączeniowym (15) a którego każda ze ścianek przy wylocie powietrza (16) usytuowana jest ukośnie w kierunku do środka palnika pod kątem w zakresie od 20° do 70° w stosunku do osi wzdłużnej palnika, przy czym pomiędzy kanałem wewnętrznym powietrza (8) a kanałem środkowym powietrza (11) utworzony jest przedzielający je pierścieniowy kanał wewnętrzny gazu (17) w dolnej części zespolony z króćcem przyłączeniowym (18) a od góry zakończony dyfuzorem (19) w którym umiejscowiona jest kierownica gazu (20) kierująca wypływający z kanału wewnętrznego gazu (17) strumień gazu nad sąsiadujący z kanałem wewnętrznym gazu (17) kanał wewnętrzny powietrza (8) i kanał środkowy powietrza (11) a pomiędzy kanałem środkowym powietrza (11) i kanałem zewnętrznym powietrza (14) umiejscowiony jest przedzielający je pierścieniowy kanał zewnętrzny gazu (21) w dolnej części zespolony z króćcem przyłączeniowym (22) a którego każda ze ścianek przy wylocie gazu (23) usytuowana jest ukośnie w kierunku do środka palnika pod kątem w zakresie od 20° do 70° w stosunku do osi wzdłużnej palnika.

2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że jedna ze ścianek konfuzora (10) jest równoległa a druga pochylona pod kątem w zakresie od 20° do 70° w stosunku do osi wzdłużnej palnika, każda ze ścianek konfuzora (13) pochylona jest pod kątem w zakresie od 20° do 70° w stosunku do osi wzdłużnej palnika, a każda ze ścianek dyfuzora (19) pochylona jest pod kątem w zakresie od 20° do 70° w stosunku do osi wzdłużnej palnika.

3. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że dyfuzor (19) w przekroju poprzecznym ma kształt równoramiennego trapezu a kierownica gazu (20) ma kształt trójkąta równoramiennego.

4. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że króćce przyłączeniowe (9, 12, 15) zamocowane są stycznie do przynależnych im rur zewnętrznych kanałów powietrza (8, 11, 14) w jednym zgodnym kierunku wypływu powietrza, przeciwnym do zgodnego kierunku wypływu gazu z zamocowanych stycznie do przynależnych im rur zewnętrznych kanałów (17, 21) króćców przyłączeniowych (18, 22).