Opublikowano: 30.XII.1966 52493 KI. 24 b, 8/01 MKP F 23 d Jl/2*\ UKD 'SLIOTEKA, m ' w- • ¦ "wcyo Wspóltwórcy wynalazku: dr inz. Jerzy Liszka, doc. dr inz. Kazimierz£^2^.JB^enloweqo( Mikula, inz. Jan Madry, Jaroslaw Gajkowski, f**1* wnamtMiha i^..-J inz. Rudolf Brol Wlasciciel patentu: Zaklady Mechaniczne Przemyslu Metali Niezelaz¬ nych „Zamet" Przedsiebiorstwo Panstwowe, Strzyb- nica (Polska) Sposób spalania paliw cieklych i gazowych oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób spalania paliw cieklych i gazowych, majacy zastosowanie W opalaniu komór ogniowych i róznych urzadzen grzewczych, wyposazonych w rekuperatory do od¬ zysku jawnego ciepla spalin odlotowych. Wynala¬ zek dotyczy takze urzadzenia — palnika, sluzace¬ go do spalania paliw cieklych i gazowych.Dotychczas spalanie paliw cieklych rozpylonych sprezonym powietrzem lub para wodna i paliw gazowych, zmieszanych w odpowiednim stosunku z powietrzem spalania, przeprowadzano we fron¬ cie plomienia rozwijajacego sie u wylotu mie¬ szanki z palnika (ceramicznej ksztaltki palniko¬ wej).Ten sposób spalania przy stosowaniu wysoko¬ preznych palników injekcyjnych, wykorzystu¬ jacych energie sprezu gazu w celu zassania po¬ wietrza potrzebnego do spalania — niekorzystnie oddzialywal na stalosc wspólczynnika nadmiaru powietrza i stabilna prace palnika a ponadto ogra¬ niczal mozliwosc efektywnego wykorzystania energii kinetycznej strugi paliwa.Jak wiadomo, wspólczynnik nadmiaru powie¬ trza, bedacy miernikiem procesu spalania zwiaza¬ ny byl ze stopniem injekcji, który w danym roz¬ wiazaniu konstrukcyjnym i warunkach pracy palnika injekcyjnego zalezal od róznicy cisnien pomiedzy przekrojami czesci wylotowej i wloto¬ wej mieszalnika. Przy stosowanych predkosciach wyplywu mieszanki w dyfuzyrowa przestrzen 10 15 20 25 30 ksztaltki ceramicznej (okreslonej predkoscia spa¬ lania mieszanki) palnika inzekcyjnego o prostym mieszalniku, cisnienie w przekroju wylotowym mieszalnika równe bylo cisnieniu panujacemu w komorze spalania. W tych warunkach kazde wa¬ hanie cisnienia komory ogniowej i frontu plomie¬ nia przenoszone bylo w przekrój wlotowy (injek- cyjny) palnika i wywolywalo zmiane stopnia injekcji a tym samym zmiane wspólczynnika nadmiaru powietrza.W innych rozwiazaniach dla zmniejszenia wraz¬ liwosci palnika injekcyjnego na wahania cisnienia komory ogniowej i frontu plomienia cylindryczne mieszalniki byly zakonczone dyfuzorem a nastep¬ nie konfuzorem z ksztaltka palnikowa. W dyfuzo- rze energia kinetyczna zamieniana byla w cisnie- nienie statyczne, które warunkowalo szybkosc wy¬ plywu mieszanki do przestrzeni spalania tzn. frontu plomienia u wylotu z ksztaltki palnikowej.Te rozwiazania nie dopuszczaly pracy palnika na goracym powietrzu i mialy nizszy zakres równo¬ wagi roboczej.Znany sposób spalania we froncie plomienia u wylotu mieszanki z ksztaltki palnikowej nie wy¬ korzystywal energii strugi do prowadzenia plo¬ mienia w komorze ogniowej a znane konstrukcje palników wysokopreznych nie zapewnialy statecz¬ nej pracy palnika przy zasysaniu goracego powie¬ trza poprzez rekuperator a wiec nie zezwalaly na 52493o 52493 regeneracje ciepla jawnego spalin odlotowych ko¬ sztem energii sprezu paliwa.Znane natomiast rozwiazania konstrukcyjne pal¬ ników injekcyjnych w zasadzie nie umozliwialy spalania paliw cieklych.Celem wynalazku jest usuniecie lub conajmniej zmniejszenie tych niedogodnosci spalania paliw gazowych i plynnych poprzez spowodowanie sa¬ moczynnej regulacji doplywu powietrza do palni¬ ków injekcyjnych pozbawionych dotychczasowych wad.Zadanie wytyczone w celu usuniecia lub conaj - mniej zmniejszenia podanych niedogodnosci zosta¬ lo rozwiazane zgodnie z wynalazkiem w ten spo¬ sób, ze w przypadku stosowania paliwa gazowego, struga paliwa wyplywajaca z dyszy miesza sie na stalej powierzchni — która stanowi przy palniku zaopatrzonym w jedna dysze powierzchnia sciete¬ go stozka kolowego bez jego równoleglych pod¬ staw — z tlenem powietrza podobnie jak w stru¬ dze swobodnej, po czym strumien mieszanki pal¬ nej wchodzi poprzez otwór przeslony o ksztaltach aerodynamicznych do odpowiednio uksztaltowanej komory ogniowej z predkoscia znacznie wieksza od predkosci spalania. Usuniecie niedogodnosci pr-,y spalaniu paliw cieklych zostalo rozwiazane zgodn e z wynalazkiem w ten sposób, ze wyplywajacy z dyszy czynnik rozpylajacy odrywa blonke po¬ wierzchniowa paliwa plynnego doplywajacego z pierscieniowej komory paliwowej, po czym pali¬ wo jest rozpylane w dyszy, stanowiacej jednoczes¬ nie otwór pierscieniowej komory paliwowej, usy¬ tuowany naprzeciw otworu dyszy czynnika rozpy- lajacego, a nastepnie wyplywajaca mieszanka jest dalej mieszana z tlenem powietrza na stalej po¬ wierzchni podobnie jak struga paliwa gazowego wyplywajaca z dyszy. Przeplywajacy strumien mieszanki palnej za otworem przeslony zasysa w komorze ogniowej gorace spaliny, ksztaltujac w ten sposób wymuszony, zwrotny przeplyw o charak¬ terze uporzadkowanym. Zasysane spaliny o wyso¬ kiej temperaturze stabilizuja proces spalania i sprzyjaja procesowi równomiernego wypalania sie skladników palnych przy prawie teoretycznej ilosci powietrza. Równomierne wypalanie sie pali¬ wa w obszarze turbulentnym daje jednorodna emisyjnosc spalin co jest korzystne dla wymiany ciepla w komorze ogniowej lub urzadzeniu grzew¬ czym.Sposób spalania wedlug wynalazku eliminuje wahania wspólczynnika nadmiaru powietrza wyni¬ kajace z pulsacji cisnien komory ogniowej oraz frontu plomienia i zabezpiecza szeroki zakres pra¬ cy statecznego procesu spalania równiez prz/ zmianie wydajnosci oraz przy wykorzystaniu efek¬ tywnej energii sprezu paliwa dosylowego. Sposób spalania wedlug wynalazku umozliwia takze wy¬ korzystanie energii sprezu gazu lub energii stru¬ mienia paliwa cieklego (rozpylonego sprezonym powietrzem lub para wodna) do zassania m. in. powietrza potrzebnego do spalania i pozostala energia zawarta w strumieniu mieszanki, do wy¬ tworzenia turbulentnego obszaru spalania oraz wy¬ muszonego zwrotnego przeplywu spalin w komo¬ rze ogniowej.Przy zasysaniu goracego powietrza poprzez re- kuperator energia sprezu gazu dosylowego lub czynnika rozpylajacego paliwo ciekle wykorzysta¬ na jest równiez do regeneracji ciepla jawnego spa- 5 lin odlotowych.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój palnika, fig. 2. — schematyczny uklad przeslony w zaleznosci 10 od gatunku paliwa i innych czynników, fig. 3 — schematyczny przekrój pionowy wielokrotnego pal¬ nika, fig. 4 — rzut otworu przeslony do palnika wielokrotnego, fig. 5 — schematyczny przekrój po¬ ziomy palnika wielokrotnego, fig. 6 — schematycz- 15 ny przekrój dyszy do spalania paliw cieklych, fig. 7 — przekrój szczególu koncówki dyszy do spala¬ nia paliw cieklych, fig. 8 — schematyczny prze¬ krój przeslony zaopatrzonej w stabilizatory, fig. 9 — rzut otworu przeslony, zaopatrzonej w stabi- 20 lizatory oraz fig. 10 — rzut otworu przeslony za¬ opatrzonej w stabilizatory do palnika wielokrot¬ nego.Urzadzenie do spalania paliw gazowych sposo¬ bem wedlug wynalazku sklada sie ze znanej dy- 25 szy 1 i przeslony 2 zaopatrzonej w otwór 3 o ae¬ rodynamicznym ksztalcie. Rzut otworu 3 przeslo¬ ny 2 do palnika zaopatrzonego w jedna dysze sta¬ nowi kolo, z tym, ze obrzeza otworu 3 sa za¬ okraglone. Przeslona 2 oddziela komore ogniowa 30 od otoczenia lub kanalu powietrznego z rekupe- ratora oraz ogranicza i okresla powierzchnie mie¬ szania strugi paliwa gazowego wyplywajacego z dyszy 1.Przeslona 2 moze byc zakonczona prostka 4 (cze- 35 scia cylindryczna), stanowiaca przedluzenie otworu 3 o dlugosci zaleznej od sposobu zabudowy palni¬ ka w komorze ogniowej. Dysza paliwowa 1 umie¬ szczona jest w okreslonej odleglosci od przeslony 2.Odleglosc ta wplywa na szybkosc spalania po- 40 przez zjawisko zawirowania plomienia i zalezna jest od gatunku paliwa, wartosci opalowej pali¬ wa, temperatury zasysanego powietrza, cisnienia w komorze ogniowej, cisnienia zasysanego powie¬ trza, temperatury w komorze spalania, ilosci cie- 45 pla wpromieniowanego w struge, oporu rekupe- ratora, wspólczynnika nadmiaru powietrza itp. W praktyce odleglosc pomiedzy przeslona 2 i dysza 1 ustalona jest przewaznie na podstawie prób mo¬ delowych palników. Odleglosc ta stanowi krotnosc 50 od 10 do 32 srednic wewnetrznego otworu dyszy 1, przez który wyplywa paliwo. Odleglosc pomiedzy przeslona 2 i dysza 1 moze przekraczac powyzej okreslone proporcje lub moze wynosic ponizej 10 srednic wewnetrznego otworu dyszy 1. Od odleg- 55 losci pomiedzy przeslona 2 i dysza 1 oraz od wiel¬ kosci wewnetrznej srednicy dyszy 1 i od predkos¬ ci mieszanki paliwowej zalezna jest wielkosc sred¬ nicy otworu 3 przeslony 2. j Urzadzenie do spalania paliw gazowych sposo- oo bem wedlug wynalazku do wiekszych wydajnosci lub do duzych zmian obciazenia cieplnego komo¬ ry ogniowej zlozone jest z kilku znanych dysz 1 i przeslony 5 zaopatrzonej w otwór 6 o ksztalcie eliptycznym. Odleglosc pomiedzy osiami dysz 1, 55 usytuowanych naprzeciw otworu 6 przeslony 5 jest5 rózna (przewaznie mniejsza) od wielkosci srednicy otworu 3 przeslony 2 pracujace] w ukladzie pal¬ nika zaopatrzonego w jedna dysze 1. Odleglosc ta zalezy w zasadzie glównie od wspólczynnika nad¬ miaru powietrza, temperatury zasysanego powie¬ trza i gatunku paliwa. Z uwagi na rózna odleglosc pomiedzy dyszami 1 od srednicy otworu 3 przeslo¬ ny 2 w ukladzie jednego palnika powierzchnie mieszania dla poszczególnych dysz 1 nie stanowia powierzchni scietego stozka bez jego równoleglych podstaw. Powierzchnie te dla poszczególnych dysz 1 przed wejsciem do otworu 6 przeslony 5 lacza sie w jedna powierzchnie, która posiada ksztalt eliptyczny i jest o nieco mniejszych rozmiarach niz otwór 6 przeslony 5.Urzadzenie do spalania paliw cieklych sposobem wedlug wynalazku sklada sie z dyszy 7 oraz prze¬ slony 2 na przyklad dla ukladu zlozonego z jed¬ nej dyszy. Dysza 7 dla paliw cieklych zlozona jest z wlasciwej dyszy 8 czynnika rozpylajacego, piers¬ cieniowej komory paliwowej 9, do której paliwo doprowadzone jest przez szczeline 10, umieszczonej na obwodzie pomiedzy zewnetrzna czescia dyszy 8 a wewnetrzna scianke obudowy 11 pierscienio¬ wej komory paliwowej 9. Komora paliwowa 9 posiada naprzeciw otworu 12 dyszy 8 usytuowany otwór 13 na tej samej osi co otwór 12, ale o wiek¬ szej od niego srednicy. Srednica otworu 13 jest wieksza od srednicy otworu 12 dyszy 8, ale jed¬ noczesnie moze byc równa odleglosci od scianki przedniej dyszy 8 do równoleglej scianki zew¬ netrznej 14 ograniczajacej z przodu komore pali¬ wowa 9.Odleglosc od scianki przedniej dyszy 8 do rów¬ noleglej scianki zewnetrznej 14, ograniczajacej z przodu komore paliwowa 9 nie moze jednak prze¬ kraczac sumy srednic otworów 12 i 13. Stosunek srednicy otworu 13 do srednicy otworu 12 oraz stosunek srednicy otworu 13 do odleglosci od scianki przedniej dyszy 8 do równoleglej scianki zewnetrznej 14, ograniczajacej z przodu komore paliwowa 9, jest zalezna glównie od stosunku lep¬ kosci paliwa plynnego i czynnika rozpylajacego, od temperatury tych obu czynników i od stosun¬ ku ilosci paliwa do czynnika rozpylajacego. Wpro¬ wadzanie paliwa na obwodzie dyszy 8 zgodnie z wynalazkiem stwarza korzystne warunki rozpyla¬ nia, gdyz odbywa sie ono w obszarze najwiekszej predkosci czynnika rozpylajacego.Samo rozpylanie odbywa sie na skutek odrywa¬ nia blonki powierzchniowej paliwa plynnego (du¬ zego gradientu predkosci), profilujacego wyplyw fe koncówki dyszy 8 w ksztalcie dyfuzora. Taki sposób rozpylania paliwa plynnego daje w efekcie monodyspersyjne rozbicie o duzym stopniu roz¬ drobnienia, dzieki czemu spalanie w komorze spa¬ lania ma zblizony charakter do procesu spalania homogenicznej mieszanki gazowej w obszarze tur- bulentnym.Urzadzenie do spalania paliw cieklych i gazo¬ wych sposobem wedlug wynalazku w którym ko¬ nieczne jest zabezpieczenie statecznej pracy pal¬ nika w komorze ogniowej o malym obciazeniu cieplnym w okresie rozpalania urzadzenia grzew¬ czego, zlozone jest z dyszy 1 lub dyszy 5 w zalez- 6 nosci czy spala sie paliwo ciekle lub gazowe i przeslony 2 lub 5, zaopatrzonej w prostke 4, która wyposazona jest w stabilizatory zaplonowe 15.Stabilizator zaplonowy 15 posiada ksztalt szczeli- 5 ny, usytuowanej na obwodzie prostki 4 ograniczo¬ nej po bokach dwoma równoleglymi plaszczyznami 16 odleglymi przewaznie o jednakowa odleglosc od osi otworu 3 przeslony 2 w ukladzie jednody- szowym a od góry plaszczyzna 17, laczaca dwie io równolegle plaszczyzny 16, z tym, ze plaszczyzna 17 usytuowana jest pod katem a do obwodu prostki 4. Kat a zalezny jest od temperatury w komorze ogniowej, szybkosci przeplywu mieszanki palnej przez prostke 4 i gatunku paliwa. Kat a w prak- 15 tyce wynosi od 6 do 25° lub nieco ponizej albo po¬ wyzej tejgranicy. ¦ Stabilizator zaplonowy 15 powoduje wytracenie energii kinetycznej mieszanki palnej do predkosci, umozliwiajacej utrzymanie sie plomienia u wylotu 2» prostki 4, przez co zachowana jest ciaglosc'spala¬ nia strugi wyplywajacej z prostki 4. W szczegól¬ nych przypadkach szczelina stabilizatora zaplono¬ wego 15 moze byc zasilana mieszanka paliwowa z odrebnej dyszy. 25 PL