PL66901Y1

PL66901Y1 - Centrifugal powdered-fuel burner for combustion of ground biomass

Info

Publication number: PL66901Y1
Application number: PL120402U
Authority: PL
Inventors: Andrzej Kulpa; Jan Siwiński; Henryk Jadamus; Andrzej Petela; Janusz Kamyk
Original assignee: Ecoenergia Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2013-12-31
Also published as: PL120402U1

Description

2 PL 66 901 Υ12 PL 66 901 Υ1

Opis wzoruPattern description

Przedmiotem wzoru użytkowego jest wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy z niską emisją tlenków azotu, przeznaczony do stosowania w kotłach energetycznych przystosowanych do spalania i współspalania z węglem, gazem lub olejem opałowym, biomasy zmielonej do postaci pyłu, a zwłaszcza jako dodatkowy palnik biomasowy w kotłach węglowych pyłowych i rusztowych.The subject of the utility model is a pulverized swirl burner for combustion of ground biomass with low nitrogen oxide emission, intended for use in power boilers adapted to combustion and co-combustion with coal, gas or fuel oil, ground biomass to the form of dust, especially as an additional biomass burner in boilers coal dust and grate.

Znany jest z niemieckiego opisu patentowego nr 3027587 DB palnik wirowy posiadający w dyszy pyłowo - powietrznej współosiową rurę wyposażoną w przestrzeni obwodowej w przegrody rozbijające strumień mieszaniny pyłowo - powietrznej na strumienie cząstkowe.A vortex burner is known from the German patent description No. 3,027,587 DB having a coaxial pipe in the dust-air nozzle equipped with partitions in the circumferential space that break the stream of the dust-air mixture into partial streams.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr PL 165 761 konstrukcja palnika wirowego na pył węglowy, posiadającego na zewnątrz dwie dysze powietrza wtórnego z zawirowywaczami łopatkowymi oraz wewnątrz dyszę pyłowo - powietrzną z wewnętrzną rurą rdzeniową, na której osadzony jest rozdzielacz krzyżowy, przy czym między dyszą pyłowo - powietrzną a dyszami powietrza wtórnego znajduje się pierścieniowa przestrzeń separująca.A design of a pulverized coal-fired swirl burner is known from the Polish patent specification PL 165 761, having two external secondary air nozzles with blade swirlers and inside a dust-air nozzle with an internal core pipe, on which a cross-flow distributor is mounted, and between the nozzle - air and secondary air nozzles there is an annular separation space.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 180 190 palnik wirowy do spalania pyłu węglowego, posiadający dwie koncentryczne dysze powietrza wtórnego o zróżnicowanym przepływie powietrza i zabudowaną wewnątrz dyszą pyłową zakończoną zawirowywaczem łopatkowym z rurą centralną.A vortex burner for burning coal dust is known from the Polish patent specification PL 180 190, having two concentric secondary air nozzles with differentiated air flow and a dust nozzle built inside ending with a vane swirler with a central pipe.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr P-379841 palnik kotła energetycznego przeznaczony wyłącznie do spalania rozdrobnionej biomasy oraz jako palnik dodatkowy w kotłach węglowych, pyłowych oraz rusztowych, posiadający dysze pyłowe i powietrzne utworzone z trzech współśrodkowych rur, posiadający na zakończeniu rury rdzeniowej końcówkę rozszerzoną stożkowo, w którym na wylocie dyszy pyłowej następuje odchylenie strumienia paliwa od osi palnika.A burner for a power boiler is known from the Polish patent application no. P-379841, intended only for the combustion of fragmented biomass and as an additional burner in coal, pulverized and grate boilers, having dust and air nozzles made of three concentric pipes, having an extended end at the end of the core pipe conically, in which at the outlet of the dust nozzle the fuel flow deviates from the burner axis.

Znany jest również z polskiego opisu wzoru użytkowego nr PL 65 254 niskoemisyjny palnik wirowy kotła przeznaczony do współspalania rozdrobnionej biomasy z pyłem węgla kamiennego lub brunatnego w kotle energetycznym, posiadający dodatkową dyszę pyłu biomasowego wbudowaną wewnątrz niskoemisyjnego palnika wirowego na pył węglowy, zwłaszcza pyłowego palnika wirowego z wewnętrzną separacją pyłu węglowego.It is also known from the Polish description of the utility model No. PL 65 254 low-emission boiler swirl burner intended for co-combustion of comminuted biomass with hard coal or brown coal dust in a power boiler, having an additional biomass dust nozzle built inside a low-emission pulverized coal burner, especially a pulverized swirl burner with internal separation of coal dust.

Opisane konstrukcje palników wirowych nie nadają się do spalania rozdrobnionej biomasy, która cechuje się grubszym rozdrobnieniem cząstek i większą zawartością wilgoci od pyłu węglowego i powoduje zaklejanie przestrzeni międzyłopatkowych zawirowywaczy i elementów separujących. W rozwiązaniu palnika kotła energetycznego przeznaczonego wyłącznie do spalania rozdrobnionej biomasy brak jest regulacji płomienia oraz jest słabe rozbicie strumienia pyłu na krótkim pierścieniu stożkowym, stanowiącym zakończenie rury rdzeniowej palnika a także osiowy wypływ powietrza rdzeniowego utrudniający mieszanie z pyłem biomasowym.The described designs of vortex burners are not suitable for the combustion of fragmented biomass, which is characterized by a coarser fragmentation of particles and a higher moisture content than coal dust, and causes sticking of the inter-vane space of the swirlers and separating elements. In the burner design of a power boiler intended only for the combustion of fragmented biomass, there is no flame regulation and there is a weak breakdown of the dust stream on the short conical ring constituting the end of the burner core pipe, as well as the axial outflow of the core air, which hinders mixing with the biomass dust.

Wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy, zawierający dyszę powietrzną i dyszę pyłową, a pomiędzy nimi pierścieniowy kanał doprowadzania powietrza wtórnego z zawirowywaczem łopatkowym, przy czym wewnątrz dyszy pyłowej, wzdłuż jej geometrycznej osi zabudowana jest rura rdzeniowa z umiejscowionym na jej wylocie rozdzielaczem stożkowym pyłu o wierzchołku skierowanym do jej wylotu i kącie rozwarcia jego ramion od 60° do 90° z płetwami rozbijającymi a rozdzielacz stożkowy pyłu ma zmienne położenie względem płaszczyzny wylotowej w zakresie wymiaru liniowego zależnego od średnicy dyszy pyłowej, charakteryzuje się tym, że rozdzielacz stożkowy pyłu w części wylotowej pobocznicy stożka ma ukształtowane płetwy rozbijające w liczbie od 6 do 12 skierowane pod kątem wylotowym w zakresie od 20° do 40° oraz ma regulowane za pomocą popychacza wysunięcie osiowe względem płaszczyzny wylotowej dyszy pyłowej w zakresie wymiaru liniowego wynoszącego od 25% do 50% średnicy dyszy pyłowej zaś zawirowywacz łopatkowy zawiera od 10 do 20 łopatek walcowych o kącie wylotowym w zakresie od 30° do 60° względem osi palnika a na wlocie dyszy pyłowej jest zabudowany wlot ślimakowy o lewym lub prawym zawirowaniu, identycznym jak zawirowanie zawirowywacza łopatkowego.Swirl dust burner for combustion of ground biomass, containing an air nozzle and a dust nozzle, and between them an annular secondary air supply channel with a vane swirler, while inside the dust nozzle, along its geometric axis, a core pipe with a conical dust separator located at its outlet the apex facing its outlet and the angle of its arms from 60 ° to 90 ° with breaking fins, and the conical dust distributor has a variable position in relation to the outlet plane within the linear dimension depending on the diameter of the dust nozzle, characterized by the fact that the conical dust distributor in the outlet part of the side of the cone has 6 to 12 shaped breaking fins directed at the outlet angle in the range from 20 ° to 40 ° and has an axial extension controlled by a pusher in relation to the dust nozzle outlet plane in the linear dimension range from 25% to 50% of the nozzle diameter dust and swirls The rotary vane includes 10 to 20 cylindrical blades with an outlet angle ranging from 30 ° to 60 ° with respect to the burner axis, and at the inlet of the dust nozzle there is a built-in screw inlet with left or right swirl identical to that of the vane swirler.

Zaletą palnika wirowego pyłowego do spalania zmielonej biomasy według wzoru użytkowego jest zastosowanie regulacji wysunięcia rozdzielacza stożkowego pyłu względem płaszczyzny wylotu dyszy pyłowej, które wpływa na zmianę kształtu płomienia spalanej mieszanki pyłowej, dzięki czemu można wpływać na stabilność procesu spalania w zależności od jakości spalanej biomasy, określonej wartością opałową i rozdrobnieniem ziaren.The advantage of the pulverized pulverized burner for combustion of ground biomass according to the utility model is the use of the adjustment of the protrusion of the conical dust distributor in relation to the dust nozzle outlet plane, which changes the flame shape of the combusted dust mixture, thanks to which it is possible to influence the stability of the combustion process depending on the quality of the combusted biomass, calorific value and grain grinding.

Przedmiot wzoru użytkowego jest uwidoczniony na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia przekrój podłużny wirowego palnika pyłowego do spalania zmielonej biomasy, fig. 2 przedstawia widok na pal- 3 PL 66 901 Υ1 nik od strony zewnętrznej tj. od strony dopływu czynników roboczych powietrza i pyłu biomasowego, na układy doprowadzenia powietrza i mieszaniny pyłowej, fig. 3 przedstawia widok stożkowego rozdzielacza pyłu natomiast fig. 4 przedstawia geometrię zawirowywacza powietrza wtórnego.The object of the utility model is shown in the drawing, where Fig. 1 shows a longitudinal section of a pulverized swirl burner for combustion of ground biomass, Fig. 2 shows a view of the burner from the outside, i.e. from the inlet of air and dust working agents. of biomass, for air supply and dust mixture systems, Fig. 3 shows a view of the conical dust distributor, while Fig. 4 shows the geometry of the secondary air swirler.

Pokazany na fig. 1 korpus 4 wirowego palnika pyłowego do spalania zmielonej biomasy, jest przymocowany kołnierzem 12 do ściany komory paleniskowej kotła energetycznego 13. Wewnątrz korpusu 4 zabudowany jest osiowo pierścieniowy kanał doprowadzenia powietrza wtórnego 14 z zawi-rowywaczem łopatkowym 8 i dyszą powietrza wtórnego 1. Wewnątrz zawirowywacza łopatkowego 8 osadzona jest rura pyłowa 2 ustalona z jednej strony za pomocą kołnierza 15 do ścianki tylnej korpusu palnika 4, a od strony wylotu spoczywająca na łopatkach zawirowywacza łopatkowego 8. Od strony zewnętrznej do rury pyłowej 2 przymocowany jest wlot ślimakowy 5 mieszaniny pyłowej. W wzdłużnej, geometrycznej osi wirowego palnika, ustalona na podpórkach 16, znajduje się rura rdzeniowa 3, przykręcona do wlotu ślimakowego 5. Do rury rdzeniowej 3 przymocowane jest kolano 6 z otworem w osi, dla popychacza 9 stożkowego rozdzielacza pyłu 7. Na wylocie rury rdzeniowej 3 jest umiejscowiony rozdzielacz stożkowy pyłu 7 o wierzchołku skierowanym do jej wylotu i kącie rozwarcia jego ramion ε w zakresie od 60° do 90°. Wewnątrz rury rdzeniowej 3, od strony wylotowej wirowego palnika zabudowany jest uchwyt sworznia 17 rozdzielacza stożkowego pyłu 7. Na powierzchni wylotowej stożka rozdzielacza stożkowego pyłu 7 zamocowane są ukośnie do osi palnika płetwy rozbijające 10 i zawirowujące mieszaninę pyłową. W wersji odlewanej, płetwy stanowią całość ze stożkiem.The body 4 of the pulverized swirl burner for combustion of ground biomass shown in Fig. 1 is fixed by a flange 12 to the wall of the combustion chamber of the power boiler 13. Inside the body 4 there is an axially annular secondary air inlet channel 14 with a vane 8 and a secondary air nozzle 1. Inside the blade swirler 8 there is a dust pipe 2 fixed on one side with a flange 15 to the rear wall of the burner body 4, and on the outlet side it rests on the blades of the blade swirler 8. From the outside, a screw inlet 5 of the dust mixture is attached to the dust pipe 2. . In the longitudinal geometric axis of the swirl burner, fixed on the supports 16, there is a core pipe 3 screwed to the screw inlet 5. A bend 6 is attached to the core pipe 3 with a hole in the axis for the pusher 9 of the conical dust distributor 7. At the outlet of the core pipe 3 there is a conical dust distributor 7 with its apex pointing to its outlet and its arms opening angle ε in the range from 60 ° to 90 °. Inside the core pipe 3, on the outlet side of the vortex burner, a pin holder 17 of the dust cone divider 7 is installed. On the outlet surface of the cone cone divider 7, fins 10 are attached diagonally to the burner axis, which break up the dust mixture and swirl it. In the cast version, the fins are integrated with the cone.

Na fig. 2 pokazany jest układ kołnierzy wlotowych powietrza wtórnego 18 i kołnierz wlotu powietrza rdzeniowego 20 oraz króćca mieszaniny pyłowej 19, wirowego palnika prawoskrętnego. W wirowym palniku lewoskrętnym, wlot mieszaniny pyłowej znajduje się po przeciwnej stronie, dając lewo-skrętne zawirowanie mieszanki. Za kołnierzem wlotowym 18 skrzyni powietrza wtórnego korpusu palnika 4 zabudowany jest żaluzjowy aparat regulacyjny H, ilości powietrza doprowadzonego do palnika. Pomiar ilości powietrza dokonywany jest poza palnikiem.Fig. 2 shows the arrangement of the secondary air inlet flanges 18 and the core air inlet flange 20 and the dust mixture port 19 of a right-hand rotating vortex burner. In a left-hand swirl burner, the dust mixture inlet is on the opposite side, giving the mixture a left-hand swirl. Behind the inlet flange 18 of the secondary air box of the burner body 4, there is a louvered control device H for the amount of air supplied to the burner. The air quantity is measured outside the burner.

Na fig. 3 pokazany jest układ płetw rozbijających 10 na stożku rozdzielacza stożkowego pyłu 7. Ilość płetw Zi w zależności od wielkości palnika wynosi korzystnie od 6 sztuk do 12 sztuk, a kąt wylotowy χ wynosi korzystnie od 20° do 40°. Stożek rozdzielacza stożkowego pyłu 7 wraz z płetwami rozbijającymi 10 jest stale chłodzony powietrzem rdzeniowym, niezależnie od warunków pracy wirowego palnika.3 shows the arrangement of the breaking fins 10 on the cone of the dust cone 7. Depending on the size of the burner, the number of fins Zi is preferably from 6 to 12, and the outlet angle χ is preferably from 20 ° to 40 °. The cone of the conical dust distributor 7 together with the breaking fins 10 is constantly cooled by the core air, regardless of the operating conditions of the vortex burner.

Na fig. 4 pokazany jest zawirowywacz łopatkowy 8 powietrza wtórnego. Łopatki zawirowywacza powietrza wtórnego 21 wygięte są jako powierzchnie walcowe, ustawione pod kątem wylotowym a wynoszącym korzystnie od 30° do 60° a ich liczba Zg mieści się w zakresie od 10 do 20 sztuk w zależności od wielkości wirowego palnika.In Fig. 4, a secondary air vane swirler 8 is shown. The secondary air swirler blades 21 are bent as cylindrical surfaces, positioned at an outlet angle α preferably 30 to 60 °, and their number Zg ranges from 10 to 20, depending on the size of the vortex burner.

Przebieg działania palnika wirowego, przeznaczonego do spalania zmielonej biomasy jest następujący. Z młyna młotkowego lub kruszarki, nie pokazanych na rysunku, mieszanka pyłowo -- powietrzna kierowana jest do wlotu ślimakowego 5, po czym zawirowana spiralnie w lewo lub prawo w zależności od konstrukcji palnika, przepływa kanałem pierścieniowym utworzonym przez rurę pyłową 2 i rurę rdzeniową 3 w kierunku wylotu palnika, a następnie uderza w stożek rozdzielacza stożkowego pyłu 7 z płetwami rozbijającymi 10, skierowanymi w prawo lub lewo, wspomagając wir wstępny, wywołany przejściem czynnika zapylonego przez wlot ślimakowy, po czym miesza się ze strumieniem powietrza wtórnego. Rozdzielacz stożkowy pyłu 7 o średnicy zewnętrznej 0Dn i średnicy dyszy pyłowej 0D, umieszczony za wylotem dyszy pyłowej 2 posiada możliwość zmiany położenie osiowego względem płaszczyzny wylotu dyszy pyłowej 2 w zakresie wymiaru liniowego H od 25% do 50% średnicy 0D dyszy pyłowej 2 w zależności od jakości spalanego pyłu, określonej wartością opałową i stopniem rozdrobnienia cząstek biomasy.The course of operation of a vortex burner for combustion of ground biomass is as follows. From a hammer mill or crusher, not shown, the air-dust mixture is directed to the screw inlet 5, and then swirled in a left or right spiral depending on the design of the burner, it flows through the annular channel formed by the dust pipe 2 and the core pipe 3 in towards the outlet of the burner, and then strikes the cone of the dust cone 7 with the deflecting fins 10, directed to the right or left, to assist the pre-vortex caused by the passage of the dust-laden medium through the screw inlet, and mixes with the secondary air stream. The conical dust distributor 7 with an outer diameter 0Dn and the diameter of the dust nozzle 0D, located downstream of the dust nozzle 2 outlet, has the ability to change the axial position in relation to the plane of the dust nozzle 2 outlet within the linear dimension H from 25% to 50% of the diameter 0D of the dust nozzle 2 depending on the quality of the burnt dust, determined by the calorific value and the degree of fragmentation of biomass particles.

Powietrze wtórne jest doprowadzone do wirowego palnika dwoma drogami. Większa część, przykładowo 75%, poprzez klapy regulacyjne żaluzjowego aparatu regulacyjnego U. w korpusie palnika 4 dopływa do pierścieniowego kanału doprowadzenia powietrza wtórnego 14, utworzonego z rury zewnętrznej dyszy powietrza 1 o średnicy Dg i rury dyszy pyłowej 2 o średnicy w którym zabudowany jest zawirowywacz łopatkowy 8 z łopatkami 21. Powietrze wtórne silnie zawirowane wypływa do dyfuzora wylotowego w ścianie kotła energetycznego 13, gdzie miesza się z pyłem biomasowym, tworząc mieszankę zapalającą. Uzupełniająca część powietrza, przykładowo 25%, doprowadzona jest do kolana 6 z otworem w osi i dalej do rury rdzeniowej 3. Powietrze rdzeniowe chłodzi rozdzielacz stożkowy pyłu 7 i miesza się od strony wewnętrznej z mieszanką pyłową. Dla zapewnienia stabilizacji spalania kierunki zawirowania mieszaniny pyłowo - powietrznej i powietrza wtórnego są zgodne w obrębie jednego układu palnikowego.Secondary air is supplied to the vortex burner in two ways. The greater part, for example 75%, through the regulating flaps of the louver regulating apparatus U. in the burner body 4 flows into the annular secondary air inlet channel 14, made of an external air nozzle pipe 1 with a diameter Dg and a dust nozzle pipe 2 with a diameter in which the swirler is installed blade 8 with blades 21. Secondary air, strongly swirled, flows to the outlet diffuser in the wall of the power boiler 13, where it mixes with the biomass dust, creating an incendiary mixture. The complementary air part, for example 25%, is fed to the bend 6 with an axial opening and then to the core pipe 3. The core air cools the dust cone 7 and mixes on the inside with the dust mixture. In order to stabilize the combustion, the swirl directions of the dust-air mixture and the secondary air are consistent within one burner system.

Claims

4 PL 66 901 Υ1 The dust burner for biomass combustion according to the utility model is designed especially for combustion of the pneumatically supplied biomass dust-air mixture with a low dust concentration, preferably from 0.3 to 0.8 kg of dust per kg of air transport. Protective disclaimer Swirl dust burner for combustion of ground biomass, including an air nozzle and a dust nozzle and between them an annular secondary air supply channel with a vane swirler, while inside the dust nozzle, along its geometric axis, a core pipe with a conical dust separator located at its outlet with the apex pointing to its outlet and the angle of opening its arms from 60 ° to 90 ° with breaking fins, and the conical dust distributor has a variable position in relation to the outlet plane within the linear dimension depending on the diameter of the dust nozzle, characterized in that the dust cone distributor (7) in the outlet part of the side surface of the cone, it has 6 to 12 shaped breaking fins (10) directed at the outlet angle (y) in the range of 20 ° to 40 ° and has an axial extension with respect to the outlet plane of the dust nozzle (9) adjustable by the pusher (9) ( 2) within the linear dimension (H) ranging from 25% to 50% of the diameter (0D) of the dust nozzle (2) and the vane swirler (8) contains 10 to 20 cylindrical blades (£ 1) with an outlet angle (a) in the range of 30 ° to 60 ° to the burner axis and at the dust nozzle inlet (2) there is a built-in worm inlet (5) with left or right swirl, identical to that of the vane swirl (8).