PL 71 366 Y1 2 Opis wzoru Przedmiotem wzoru uzytkowego jest kociol energetyczny przystosowany do spalania pylowego paliwa biologicznego w wyniku modernizacji kotla energetycznego przeznaczonego do spalania pylo- wych paliw kopalnych, wegla kamiennego lub brunatnego. Znane sa z literatury technicznej oraz z miedzynarodowych i krajowych opisów patentowych urza- dzenia i technologie spalania paliw biologicznych w kotlach opalanych weglem. Z ksiazki Marek Pronobis „Modernizacja kotlów energetycznych” str. 264 WNT Warszawa 2002 r. i stosowane sposoby mieszania paliw biologicznych z weglem przed ich zmieleniem, powodujac znaczne pogorszenie jakosci przemialowej pylu. Z opisu patentowego PL 311 160 (WO 94/24486) znany jest sposób i uklad do spalania substancji organicznych i pylu weglowego w kotle parowym. Material organiczny i pyl weglowy sa mieszane w przewodzie zasysania gazu spalinowego, tzw. rurosuszarce. Mieszanina ta jest nastepnie rozdrab- niana w mlynie i kierowana do palników pylowych, zabudowanych w komorze spalania kotla. W urzadzeniu wedlug powyzszego opisu patentowego paliwo kopalne (wegiel kamienny) jest roz- drabniane na pyl w dwóch mlynach, glównym i pomocniczym. Paliwo biologiczne moze byc doprowa- dzone do kazdego z mlynów, zaleznie od potrzeby. Mieszanina paliwa kopalnego i paliwa biologicznego po zmieleniu i wysuszeniu a takze zmieszaniu w mlynie pomocniczym, moze byc laczona ze strumie- niem paliwa, wychodzacym z glównego mlyna. Mieszanina paliwa kopalnego i paliwa biologicznego w tym rozwiazaniu konstrukcji jest zawsze mielona i suszona w mlynie weglowym, co znacznie ograni- cza wybór rodzaju biopaliwa, które moze byc bezpiecznie zastosowane w tym procesie, tj. bez ryzyka zaplonu w mlynie. Opisane powyzej sposoby pozwalaja jednak na zastapienie malego procentowego udzialu do- prowadzonego do spalania wegla, paliwem biologicznym w kotlach energetycznych, wynoszacego nie wiecej niz 10% energii chemicznej w paliwie (ok. 15% masy paliwa do mlyna). Wedlug opisu patentowego nr PL 195 937 (WO 01/25689) „Sposób spalania paliwa biologicznego w kotle zaprojektowanym do spalania paliwa kopalnego” paliwo biologiczne miesza sie ze strumieniem pylowego paliwa glównego tj. kopalnego, nie wczesniej niz po rozdrobnieniu, paliwa kopalnego i przed zaplonem paliw w kotle, przy czym paliwo biologiczne spala sie razem z paliwem kopalnym w tym sa- mym plomieniu. Dzieki temu uzyskano poprawe stabilnosci spalania zmieszanego paliwa w komorze paleniskowej kotla, mozliwosc zwiekszenia udzialu paliwa biologicznego w mieszance paliwowej, a po- nadto wyeliminowano ryzyko zaplonu i wybuchów w mlynie, wystepujace czesto przy dodawaniu paliwa biologicznego do wegla przed mlynem weglowym, juz w kanale spalin tzw. rurosuszarce. Znany jest z opisu zgloszenia wynalazku P.391892 „Sposób przygotowania i spalania biomasy organicznej w kotle energetycznym” charakteryzujacy sie tym, ze biomasa przed wprowadzeniem do ukladu mlynowego zostaje poddana procesowi suszenia i niskotemperaturowej karbonizacji w spa- linach wylotowych kotla o temperaturze w zakresie 300 do 360°C i zawartosci tlenu ponizej 10% udzialu objetosciowego, a do palników pylowych kotla podaje sie: do palników dolnego rzedu pyl we- glowy, do palników srodkowego rzedu pyl z mieszaniny wegla i biomasy, natomiast do palników gór- nego rzedu gazy suszarnicze wraz z oparami wilgoci, powstale w procesie suszenia i wstepnej karbo- nizacji biomasy. Znany jest równiez z opisu zgloszenia wynalazku P.400857 „Kociol energetyczny przystosowany do spalania pylowego paliwa biologicznego po modernizacji do spalania paliw kopalnych”, charaktery- zujacy sie tym, ze ma dobudowany zbiornik pylu biomasowego wraz z instalacja dozowania i transportu pylu biomasowego do zainstalowanych zamiast dotychczasowych palników pylowych weglowych, wiro- wych palników biomasowych lub palników dwupaliwowych, weglowo-biomasowych, rozmieszczonych na scianach lub w narozach jego komory paleniskowej. Powyzsze sposoby pozwalaja na pelne lub czesciowe zastapienie doprowadzonego do spala- nia wegla paliwem biologicznym w kotlach energetycznych, przy czym udzial energetyczny paliwa bio- logicznego w calkowitej ilosci paliwa do spalania jest szacowany w zakresie 100% – 45%, co odpo- wiada udzialowi masowemu paliwa biologicznego w calkowitej ilosci paliwa do spalania szacun- kowo 100% – 50%. Kociol energetyczny przystosowany do spalania pylowego paliwa biologicznego zawierajacy ko- more paleniskowa, palniki pylowe weglowe strumieniowe wraz z instalacja kotlowa mlyna weglowego oraz zbiornik pylu biomasowego wraz z instalacja dozowania i transportu pylu biomasowego do palni- ków biomasowych oraz instalacja powietrza, charakteryzuje sie tym, ze ma palniki pylowe biomasowe PL 71 366 Y1 3 wirowe usytuowane w pasie palnikowym kotla energetycznego w czterech narozach komory palenisko- wej w strefie spalania paliwa kopalnego nad palnikami pylowymi weglowymi strumieniowymi w rejonie ich dolnego poziomu, z pochyleniem osi palnika w dól lub w góre od plaszczyzny poziomej o kat w za- leznosci od wielkosci komory paleniskowej korzystnie nie wiekszy niz 12°, przy czym palniki pylowe biomasowe wirowe sa polaczone poprzez indywidualne klapy regulacyjne powietrza dla palników pylo- wych z kolektorem przewodu goracego powietrza analogicznie jak palniki pylowe weglowe strumie- niowe, a ponad palnikami pylowymi biomasowymi wirowymi ma osadzone wirowe dysze powietrza do- palajacego WOFA z klapa regulacyjna powietrza dysz dopalajacych, zlokalizowane korzystnie na dwóch przeciwleglych scianach bocznych komory paleniskowej. Korzystnie usytuowane w czterech narozach komory paleniskowej palniki pylowe biomasowe wi- rowe sa umieszczone pomiedzy palnikami pylowymi weglowymi strumieniowymi, miedzy ich dolnym i srodkowym poziomem w przypadku, gdy kociol jest wyposazany wiecej niz dwa poziomy palników pylowych weglowych. Korzystnie palniki pylowe biomasowe wirowe do spalania pylu biomasowego, w zaleznosci od dlugosci drogi transportu pylu biomasowego ze zbiornika pylu biomasowego do tych palników, sa o niskiej koncentracji do 0,9 kg pylu biomasowego / kg powietrza lub wysokiej koncentracji powy- zej 1 kg pylu biomasowgo / kg powietrza. Zaleta kotla energetycznego przystosowanego do spalania pylowego paliwa biologicznego w wy- niku modernizacji kotla energetycznego do spalania paliw kopalnych jest calkowite zastapienie paliwa kopalnego (wegla) paliwem biologicznym (biomasa), co powoduje zmniejszenie emisji dwutlenku wegla z urzadzen wytwarzajacych energie elektryczna lub cieplna i efekt ekologiczny. Odpowiedni dobór pal- ników biomasowych oraz ich optymalne rozmieszczenie oraz ewentualna modernizacja ukladu parowo- -wodnego pozwalaja na utrzymanie znamionowych parametrów kotla energetycznego po zmianie pa- liwa kopalnego na biologiczne. Konstrukcja kotla energetycznego przystosowanego do spalania pylowego paliwa biomasowego wedlug wzoru uzytkowego zapewnia calkowite wyeliminowanie wegla i spalanie w 100% biomasy. Przedmiot wzoru uzytkowego jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig.1 przedstawia uklad technologiczny kotla energetycznego przystosowanego do spalania pylowego paliwa biologicznego z palnikami pylowymi biomasowymi wirowymi wraz z dodatkowym zbiornikiem pylu biomasowego i ukla- dem transportu paliwa biomasowego do tych palników, przy czym sa równiez pokazane pozostawione naroznikowe palniki pylowe weglowe strumieniowe oraz urzadzenia do spalania paliw kopalnych. Fig. 2 przedstawia przekrój komory paleniskowej kotla energetycznego przystosowanego do spa- lania pylowego paliwa biologicznego z palnikami pylowymi biomasowymi wirowymi, zabudowanymi w czterech narozach komory paleniskowej nad palnikami pylowymi weglowymi strumieniowymi naroz- nikowymi – przez poziom palników biomasowych i poziom palników weglowych, przy czym: B oznacza – strumien pylu biomasowego, P – strumien powietrza spalania, W – strumien pylu weglowego. Fig. 3 przedstawia przekrój pionowy przez naroze komory paleniskowej wzdluz linii A-A na fig. 2 kotla energetycznego przystosowanego do spalania pylowego paliwa biologicznego z naroznym, z przy- kladowo pochylonym w góre palnikiem pylowym biomasowym wirowym, umieszczonym nad palnikiem pylowym weglowym strumieniowym w rejonie jego dolnego poziomu. Celem uzyskania wlasciwych parametrów pracy kotla energetycznego przy spalaniu pylu bioma- sowego, naroza jego komory paleniskowej 1 sa dostosowane do zabudowy palników pylowych bioma- sowych wirowych 6 i dysz powietrza dopalajacego WOFA (Whirl Over Fired Air) 8. Ponadto w strumieniu spalin wylotowych jest opcjonalnie dobudowany dodatkowy podgrzewacz wody 3 oraz sa powiekszone, korzystnie do 20% powierzchnie ogrzewalne zespolu przegrzewaczy pary 5, podgrzewaczy wody 2 i podgrzewacza powietrza 4, wzgledem kotla energetycznego do spalania paliw kopalnych. Zmiany powierzchni ogrzewalnych w zakresie zespolu podgrzewaczy pary 5, dodat- kowego podgrzewacza wody 3 i podgrzewacza powietrza 4 sa opcjonalnie dobierane w zaleznosci od wielkosci komory paleniskowej 1 kotla energetycznego. Przebieg dzialania kotla energetycznego przystosowanego do spalania pylowego paliwa biolo- gicznego (zmielonej biomasy) wedlug wzoru uzytkowego jest nastepujacy. Ze zbiornika pylu biomaso- wego 11 wygarniaczem pylu 12, pyl biomasowy poprzez otwory wylotowe 27, których ilosc odpo- wiada liczbie palników pylowych biomasowych wirowych 6 zabudowanych w komorze paleniskowej 1 kotla energetycznego jest doprowadzany do podajnika slimakowego pylu biomasowego 13 i dozow- nika celkowego pylu biomasowego 14 oraz zasuwy odcinajacej 18, dalej do komory mieszania pylu PL 71 366 Y1 4 z powietrzem 26, w której nastepuje porywanie pylu przez powietrze tloczone z wentylatora wysokoci- snieniowego lub dmuchawy 15 i transport czynnika zapylonego do palnika pylowego biomasowego wi- rowego 6. Powietrze transportowe doprowadzone jest z czerpni powietrza nosnego 16 wyposazonej w tlumik halasu 17 poprzez klape, regulacyjna powietrza transportowego 19. Na drodze transportu pylu do palnika pylowego biomasowego wirowego 6 zabudowane sa urza- dzenia bezpieczenstwa tj. membrana eksplozyjna 21 i klapa zwrotna 25 na pyloprzewodzie biomasy. Zbiornik pylu biomasowego 11 jest zasilany pylem biomasowym króccem doprowadzania pylu 20 po- przez zasuwe odcinajaca pylu 18. Na zbiorniku pylu biomasowego 11 jest zabudowany filtr oddechowy zbiornika pylu biomasy 22. Palniki pylowe biomasowe wirowe 6 sa rozmieszczone w czterech narozach komory palenisko- wej 1 kotla energetycznego w miejscach zapewniajacych optymalne warunki spalania i odbioru ciepla przez uklad parowo-wodny. Rozmieszczenie palników w narozach komory paleniskowej 1 jest dobie- rane zgodnie z wynikami obliczen i badan, komputerowych badan symulacyjnych, korzystnie w dolnej strefie spalania, z pochyleniem w dól lub w góre od poziomu pod katem osi ? korzystnie nie wiekszym niz 12 ?, w zaleznosci od wielkosci komory paleniskowej 1 kotla energetycznego. Dla uzyskania zupelnego wypalenia paliwa w spalinach ponad palnikami pylowymi w kotle ener- getycznym przystosowanym do spalania pylowego paliwa biologicznego sa zabudowane wirowe dysze powietrza dopalajacego WOFA 8 z klapa regulacyjna powietrza dysz dopalajacych 23. W kotle energetycznym przystosowanym do spalania pylowego paliwa biologicznego, korzystnie stosowane sa niskoemisyjne palniki pylowe biomasowe typu wirowego 6 wyposazone w stozek rozbija- jacy pyl biomasowy i zawirowywacz powietrza wtórnego o okreslonej liczbie wiru w dwóch podstawo- wych, odmiennych wykonaniach tj. do spalania mieszaniny pylowej o niskiej koncentracji do 0,9 kg pylu biomasowego / kg powietrza lub dla wysokiej koncentracji powyzej 1 kg pylu biomasowego / kg powie- trza z wykorzystaniem urzadzen instalacji transportu, glównie wentylatorów lub dmuchaw 15, zapew- niajace stabilne spalanie pylu biomasowego w eksploatacyjnym zakresie obciazen kotla energetycz- nego z niska emisja CO i NOx. Pozostawione w kotle energetycznym wedlug wzoru uzytkowego palniki pylowe weglowe stru- mieniowe 7 wraz z instalacja kotlowa mlyna weglowego 10 umozliwiaja wspólspalanie pylu biomaso- wego B z pylem weglowym W sa wykorzystywane w przypadku braku wystarczajacej ilosci biomasy w trakcie eksploatacji kotla z zadanym obciazeniem. Pyl weglowy do palnika pylowego weglowego strumieniowego 7 jest wówczas doprowadzany z pozostawionej instalacji kotlowej mlyna weglowego 10, natomiast powietrze P do spalania do palni- ków, pylowych weglowych strumieniowych 7 jest doprowadzane z kolektora, przewodu powietrza gora- cego 9 za pomoca klapy regulacyjnej (z silownikiem) powietrza 24 dla palników pylowych. Powietrze gorace w kolektorze powietrza goracego 9 jest podgrzane w podgrzewaczu powietrza 4. Kociol energetyczny przystosowany do spalania pylowego paliwa biologicznego wedlug wzoru uzytkowego ma zastosowanie w. energetyce przemyslowej i zawodowej szczególnie w przewidzianych do rewitalizacji (m.in. zmiany paliwa z kopalnego na biologiczne) czynnych urzadzen kotlowych zapro- jektowanych do spalania paliw kopalnych i moze byc stosowany w kotlach energetycznych z palnikami pylowymi strumieniowymi naroznikowymi. Kociol energetyczny zapewnia bezpieczna prace wylacznie na pyle biomasowym lub wylacznie na pyle weglowym oraz podczas wspólspalania pylu weglowego z biomasowym, bez rekonstrukcji elementów ukladu parowo-wodnego. Wykaz oznaczen 1. Komora paleniskowa kotla energetycznego 2. Podgrzewacz wody 3. Podgrzewacz wody dodatkowy 4. Podgrzewacz powietrza 5. Zespól przegrzewaczy pary 6. Palnik pylowy biomasowy wirowy 7. Palnik pylowy weglowy strumieniowy 8. Dysza powietrza dopalajacego WOFA (Whirl Over Fired Air) 9. Przewód (kolektor) powietrza goracego do spalania 10. Mlyn weglowy 11. Zbiornik pylu biomasowego 12. Wygarniacz pylu biomasowego ze zbiornika pylu biomasy PL 71 366 Y1 5 13. Podajnik slimakowy pylu biomasowego 14. Celkowy dozownik pylu biomasowego 15. Wentylator wysokocisnieniowy (dmuchawa) 16. Czerpnia powietrza nosnego 17. Tlumik halasu 18. Zasuwa odcinajaca pylu biomasowego 19. Klapa regulacyjna powietrza transportowego 20. Króciec doprowadzenia pylu biomasowego do zbiornika pylu 21. Membrana bezpieczenstwa eksplozyjna 22. Filtr oddechowy zbiornika pylu biomasy 23. Klapa regulacyjna powietrza dysz dopalajacych WOFA 24. Klapa regulacyjna (z silownikiem) powietrza dla palników pylowych 25. Klapa zwrotna na pyloprzewodzie biomasy 26. Komora mieszania pylu biomasy z powietrzem 27. Otwór wylotowy pylu biomasowego ze zbiornika biomasy ? – Kat pochylenia osi palnika (w dól lub w góre) B – Strumien pylu biomasowego P – Strumien powietrza spalania W – Strumien pylu weglowego PL PL PL PL PL PL