SK278136B6 - Combustion unit - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spaľovacej jednotky, obsahujúcej hlavne reakčnú komoru vybavenú najmenej jedným odlučovačom častíc, kde je reakčná komora umiestnená v podstate vertikálne a jej steny sú vytvorené ako teplovýmenná plocha v tvare valcovej konštrukcie, vnútri ktorej prúdi teplovýmenné médium.

Doterajší stav techniky

Spaľovacia jednotka tohto typu je známa napr. z publikácie F. A. Zenz, Fluidization and Fluid Particle Systems, Pemm-Corp. Publications, diel Π, 1989, str. 333 - 334. Táto publikácia sa týka tzv. reaktora s íluidizačným ložiskom. Vplyvom svojej konštrukcie a prietokových vlastnosti je však tento reaktor taký nevýhodný, že neexistujú žiadne praktické vyhotovenia, hlavne také vyhodnotenia, v ktorých by bola reakčná komora vybavená odlučovačom častíc.

Všeobecne možno povedať, že kotle s fluidizačnými ložiskami, založené na spôsobe recirkulácie reakcie, ku ktorým podľa vynálezu patria, sa stávajú stále viac a viac populárne, pretože umožňujú redukciu oxidu síry a dusíka v emisiách na dovolenú úroveň pri veľmi malých nákladoch. Hlavne pri spalinách obsahujúcich síru je ekonomika cirkulačného reaktora výborná, pokiaľ je výkon menší než 200 MW. V technickom využití je hlavným účelom spaľovania výroba tepelnej energie, ktorá je ďalej vedená na tepelnovýmenné médium v reakčnej komore, ktorým je obvykle voda.

Preto steny reakčnej komory sú obvykle vytvorené rúrkovou konštrukciou, zloženou z rovnobežných rúrok a rebrovými jednotkami, spájajúcimi tieto rúrky spolu a tvoriacimi plynotesnú konštrukciu. Odlučovač častíc a vratný systém pevného materiálu sú tradične umiestnené oddelene mimo cirkulačnej komore. Odlučovač častíc a vratný systém bežne pozostáva z vonkajšej oceľovej nosnej konštrukcie a vnútornej vrstvy, ktorou sa izoluje oceľová konštrukcia od horúcej suspenzie častice-plyn. Výhodou tohto druhu konštrukcie je jednoduchosť stavby reaktora a odlučovača častíc. Na praktické použitie sa využilo veľmi mnoho skúseností. Nevýhodou týchto tradičných konštrukcií je veľká priestorová náročnosť, pretože tak reakčná komora, ako aj odlučovač častíc sú pri týchto vyhodnoteniach v hlavných rozmeroch rovnaké a musia byť z konštrukčných dôvodov umiestnené ďaleko od seba. To so sebou nesie tú nevýhodu, že vratný systém pevného materiálu je konštrukčne komplikovaný, pretože musí mať samostatný systém na ovládanie prúdu plynu, čo sa v praxi uskutočňuje tak, že sa do spätného vedenia umiestni samostatné íluidizačné ložisko.

Podstata vynálezu

Tieto nevýhody sú odstránené spaľovacou jednotkou podľa vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že aspoň vonkajšia skriňa vertikálnej reakčnej komory s odlučovačom častíc tvorí rúrkovú teplovýmennú plochu s priechodom teplovýmenného média vnútri a vstup spalín do vonkajšej skrine je usporiadaný po celom jej obvode.

Spaľovacia jednotka sa správa pri teplotných zmenách v priebehu roztápania a dobehu ako jedna jediná jednotka. Jej výhody vyniknú hlavne vtedy, keď je vstup spalín vonkajšej skrine usporiadaný po celom jej obvode. Vstup spalín je umiestnený vo vonkajšej skrini, čo má výhodu v tom, že rúrková teplovýmenná plocha je využitá v prvej, t. j. vonkajšej skrini a rúrky tvoria nosnú konštrukciu vstupu spalín tak, aby na nej mohli byť vytvorené lopatky tlmiace prúd spalín.

Pri jednom výhodnom vytvorení je horizontálny prierez reakčnej komory aspoň v mieste, kde je umiestnený odlučovač častíc, kruhový a jeho os je totožná s osou skrine odlučovača. Toto riešenie predstavuje ideálnu konštrukciu, ktorá je axiálne symetrická aspoň v mieste umiestnenia odlučovača.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Príklady vytvorenia spaľovacej jednotky podľa vynálezu sú znázornené na pripojených výkresoch, kde na obr. 1 je vertikálny rez osou spaľovacej jednotky, obr. 2 a 3 zobrazujú priečny rez A-A z obr. 1 v mieste, kde je umiestnený vstup spalín, a to v dvoch vytvoreniach a obr. 3 je rezom B-B z obr. 1.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Spaľovacia jednotka je určená pre cirkulačný proces. Podľa obr. 1 pozostáva z vertikálnej reakčnej komory 1, ktorá je v spodnej časti vybavená zariadením 4 na prívod paliva a roštovou konštrukciou 2 s íluidizačným ložiskom a neznázomeným prívodom vzduchu. V homej časti vertikálnej reakčnej komory 1 je umiestnený aspoň jeden odlučovač 6 častíc. Ten pozostáva z vnútornej skrine 8 uloženej vo vonkajšej skrini 7, ktorá je vybavená vstupom spalín a na jej spodnú časť je napojené spätné vedenie 10. To ústi do íluidizačného ložiska 22. Zvislé osi vonkajšej skrine 7 a vnútornej skrine 8 sú rovnobežné alebo zhodné. Vnútorná skriňa 8 je v homej časti napojená na nasledujúci pracovný stupeň (nie je znázornený). Roštová konštrukcia 2 je pre prívod spaľovacieho vzduchu vybavená napr. obvyklým systémom dýz (nie je znázornený). Na tento účel je tam vytvorená vzduchová skriňa 3, ktorou je spaľovací vzduch do systému dýz vedený. Ďalej je vybavená vstupom 5 z hrubého materiálu. Nad roštovou konštrukciou 2 je vytvorené spomínané íluidizačné ložisko 22. Spaliny v ňom vytvorené prúdia smerom hore a odnášajú so sebou pevný materiál.

Vnútri homej časti vertikálnej reakčnej komory 1 je umiestnený odlučovač 6 častíc, majúci prvú, t. j. vonkajšiu skriňu 7 a druhú t. j. vnútornú skriňu 8. Výhodne majú obe kruhový horizontálny prierez a ich osi sú rovnobežné alebo zhodné a výhodne sú zhodné i s osou vertikálnej reakčnej komory. Spodná časť vonkajšej skrine 7 je vybavená kužeľovou časťou 7a, ktorá je symetrická podľa zvislej osi. Vertikálne spätné vedenie 10 má výhodne kruhový prierez a os zhodnú s osou reakčnej komory 1. Je spojené so spodnou časťou vonkajšej skrine 7. Spätné vedenie 10 prechádza vertikálnym smerom vonkajšej skrine 7 do spodnej časti vertikálnej reakčnej komory 1 do zóny íluidizačného ložiska 22. Vnútorná skriňa 8 odlučovača 6 častíc je vo vertikálnom smere podstatne kratšia než vonkajšia skriňa 7. Má rúrkovitý tvar a jej horná časť je spojená s neznázomeným ďalším pracovným stupňom, nasledujúcim za spaľovacou jednotkou. Spaliny sú zbavené pevného materiálu vo vnútornej skrini 8 pred vstupom do pracovného stupňa, ktorý nasleduje po spaľovacej jednotke.

Výhodne je aspoň vonkajšia skriňa 7 vytvorená tak, aby tvorila rúrkovú teplovýmennú plochu, ktorou prúdi teplovýmenné médium. Tiež vnútorná skriňa 8 môže byť vytvorená ako teplovýmenná plocha zložená z rovnobežných rúrok.

Ako je zrejmé z obr. 1, rúrková konštrukcia, tvoriaca stenu vertikálnej reakčnej komory 1, obsahujúca teplovýmenné médium, je usporiadaná tak, že tvorí strešnú konštrukciu la spaľovacej jednotky a potom aspoň niektoré rúrky opúšťajúce prstencovú rozvodnú rúrku 11 v spodnej časti konca reakčnej komory 1 vedú do prstencovej zbernej rúrky 12, ktorá obklopuje vnútornú skriňu 8 odlučovača 6 častíc, ktorá je pripevnená k prstencovej zbernej rúrke 12. Časť rúrok, vychádzajúcich z prstencovej rozvodnej rúrky 11, môže byť spojená s hornou časťou reakčnej komory 1, ako je znázornené na obr. 1, s druhou prstencovou zbernou rúrkou 13, umiestnenou v homej časti reakčnej komory 1. Prstencovou rozvodnou rúrkou 11 sa privádza voda, ktorá slúži ako teplovýmenné médium, napr. rúrkovou roštovou konštrukciou 2 do prstencovej rozvodnej rúrky 14, ktorá je umiestnená pod spätným vedením 10, pričom vertikálne rúrky 15 predstavujú spojenie rozvodnej rúrky 14 s druhou prstencovou rozvodnou rúrkou 16, ktorá je umiestnená v spodnej časti spätného vedenia 10. Potom je spätné vedenie 10 ako celok vytvorené ako teplovýineimá plocha pozostávajúca z vertikálnych rúrok. Prietok teplovýmenného média je vytvoreným vedením 10 do spodnej časti vonkajšej skrine 7 a odtiaľ ďalej rúrkovou konštrukciou skrine 7, vnútornými zbernými mcdzikotnorami 18a, 18b do prstencovej zbernej rúrky 17. Z uvedeného vyplýva, že prietok teplovýmenného média môže byť jednoducho vytvorený tak, že v podstate celá spaľovacia jednotka slúži ako teplovýmenná plocha.

Alternatívna konštrukcia vonkajšej skrine 7 je uvedená tiež na obr. 1, kde je znázornená ďalšia prstencová zberná medzikomora 18b umiestnená tesne v spodnej časti vstupu 9 spalín, odkiaľ rúrková konštrukcia prechádza smerom hore do zbernej rúrky 17. Takto sa potom dosiahne konštrukcia znázornená na obr. 2, kde vstup 9 spalín je rozložený do niekoľkých otvorov, umiestnených v určitých vzdialenostiach po obvode vonkajšej skrine 7, pričom otvory majú výhodne rovnakú veľkosť, sú napr. pravouhlé a umiestnené na rovnakej výškovej úrovni. Vstup 9 spalín je umiestnený v homej časti vertikálnej reakčnej komory 1 pod strešnou konštrukciou la, ktorá slúži ako hradiaca plocha vertikálneho prúdu spalín. V závislosti od veľkosti spaľovacej jednotky sa počet otvorov usporiadaných vo vstupe 9 spalín pohybuje medzi 5 a 30. Každý prvok 19, zložený z jednej alebo viacerých rúrok, opúšťajúcich zbernú medzikomoru 18b a usporiadaný v odstupe od obdobného usporiadania vnútri zodpovedajúcej časti prvej, t. j. vonkajšej skrine 7 pod zbernou medzikomorou 18b, je umiestnený vnútri lopatiek 20, výhodne vyrobených z keramického materiálu. Prvky 19 sú vybavené neznázomenými vhodnými úchytkami, napr. upevňovacími tyčami pre účinné vzájomné uchytenie keramického materiálu a prvkov 19. Rad lopatiek 20 je umiestnený v obvyklej polohe vzhľadom na obvod vonkajšej skrine 7 tak, aby spaliny prúdili hlavne tangenciálne do vnútorného priestoru vonkajšej skrine 7 otvormi 21. Ako je zrejmé z obr. 2, lopatky 20 sú umiestnené vnútri vonkajšej skrine 7 vždy medzi dvoma susediacimi otvormi.

Prierez vertikálnej reakčnej komory 1 je teda aspoň v mieste, kde je upravený odlučovač častíc 6, kruhový a jeho os je zhodná s vertikálnou osou vonkajšej skrine 7 a/alebo vnútornej skrine 8.

Podľa obr. 3 nie sú vytvorené žiadne zberné medzikomory 18b a rúrky vonkajšej skrine 7 pokračujú spoločne z prvej zbernej komory 18a hore do zbernej rúrky 17 nad strešnú konštrukciu la. V tomto prípade sa keramickými lopatkami 20 upravujú tie časti rúrkovej teplovýmennej plochy vonkajšej skrine 7, ktoré sú umiestnené vo vstupe 9 spalín. Tieto časti sú všetky vyhnuté z povrchovej roviny skrine tak, aby boli uiniestnené vnútri oblasti horizontálneho prierezu príslušnej lopatky 20 a sú vybavené upevňovacími prvkami, aby sa dosiahlo spojenie medzi týmito časťami a keramickým materiálom.

V tomto uskutočnení prierez každej lopatky 20 obsahuje tri rúrky 19a, 19b, 19c, z ktorých jedna je umicstncná v rovine vonkajšej skrine 7, ďalšia je vyhnutá smerom dovnútra a tretia potom smerom von, vzhľadom na vonkajšiu skriňu 7 (nie je znázornené). Je tak vytvorená rad lopatiek 20, ktoré sú čiastočne umiestnené mimo vonkajšej skrine 7, t. j. časť, ktorá je umiestnená vnútri okrajovej oblasti vstupu 9 spalín lopatiek 20. Je zvyčajné, že zaluiutie rúrok môže byť vytvorené tak, aby sa dosiahla konštrukcia podľa obr. 2, kde sú lopatky 20 umiestnené úplne celé vnútri vonkajšej skrine 7. V tomto prípade všetky rúrky, ktoré musia byť ohnuté , sú vyhnuté smerom dovnútra vonkajšej skrine 7.

Obr. 4 znázorňuje rez B-B z obr 1 a vzťahuje sa naň opis uskutočnenia podľa obr. 2.

Priemyselná využiteľnosť

Spaľovacia jednotka podľa vynálezu je využiteľná hlavne v teplárňach.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spaľovacia jednotka na cirkulačný proces pozostávajúca z vertikálnej reakčnej komory, ktorá je jednak v spodnej časti vybavená zariadením na privod paliva, roštovou konštrukciou s fluidizačným ložiskom a prívodom vzduchu, jednak je v hornej časti vertikálnej reakčnej komory umiestnený aspoň jeden odlučovač častíc, pozostávajúci z vnútornej skrine uloženej vo vonkajšej skrini, ktorá je vybavená vstupom spalín a na jej spodnej časti je napojené spätné vedenie ústiace do fluidizačného ložiska, kde súvislé osi vonkajšej a vnútornej skrine sú rovnobežné alebo zhodné, vnútorná skriňa je v hornej časti napojená na nasledujúci pracovný stupeň usporiadaný za spaľovacou jednotkou, vyznačujúca sa tým, že vonkajšia skriňa (7) vertikálnej reakčnej komory (I) s odlučovačom častíc (6) tvorí rúrkovú teplovýmeimú plochu s priechodom teplovýmenného média vnútri a vstup (9) spalín do vonkajšej skrine (7) je usporiadaný po celom jej obvode.
2. 2. Spaľovacia jednotka podľa nároku 1, vyzná č u j ú c a sa tým, že prierez vertikálnej reakčnej komory (1) je aspoň v mieste, kde je upravený odlučovač častíc (6), kruhový a jeho os je zhodná s vertikálnou osou vonkajšej skrine (7) a/alebo vnútornej skrine.
3. 3. Spaľovacia jednotka podľa nároku 1, v y z n a čujúca sa t ý m , že vstup (9) spalín pozostáva aspoň z dvoch otvorov (21) umiestnených na obvode vonkajšej skrine (7).
4. 4. Spaľovacia jednotka podľa nárokov 1 a 3, v y - 5 značujúca sa tým, že otvory (21) majú rovnakú veľkosť a sú umiestnené v rovnakej výškovej úrovni.
5. 5. Spaľovacia jednotka podľa nároku 1, 2 a 3, v y značujúca sa t ý m , že po obvode vonkajšej skrine (7) je usporiadaných päť až tridsať otvorov (21).
6. 6. Spaľovacia jednotka podľa nárokov 1 a 2, v y značujúca sa tým, že medzi dvoma susediacimi otvormi (21) je vždy usporiadaná lopatka U (20).
7. 7. Spaľovacia jednotka podľa nároku 6, v y z n a čujúca sa tým, že lopatky (20) sú umiestnené vnútri vonkajšej skrine (7).