PL227203B1 - Wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego powyżej 4 kg/kg powietrza transportowego 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.

Znana jest z polskiego opisu patentowego 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.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 180 190 palnik wirowy do spalania pyłu węglowego, posiadający dwie koncentryczne dysze powietrza wtórnego o zróżnicowanym przepływie powietrza i zabudowaną wewnątrz dyszę pyłową zakończoną zawirowywaczem łopatkowym z rurą centralną.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 211 944 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.

Znany jest również z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku P.384856 A wirowy palnik pyłowy przeznaczony do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych, zawierający dyszę powietrzną i dyszę pyłową, a pomiędzy nimi pierścieniowy kanał doprowadzania powietrza wtórnego z zawirowywaczem łopatkowym, w którym wewnątrz dyszy pyłowej wzdłuż jej geometrycznej osi jest zabudowana rura rdzeniowa z umiejscowionym na jej wylocie rozdzielaczem stożkowym pyłu. Palnik jest przeznaczony do spalania mieszanki pyłowo-powietrznej o niskiej koncentracji pyłu biomasowego, wynoszącej korzystnie od 0,3 do 0,8 kg pyłu na kg transportowego powietrza.

Opisane konstrukcje palników wirowych nie nadają się do spalania rozdrobnionej biomasy, doprowadzanej do palnika transportem pneumatycznym przy wysokich koncentracjach pyłu biomasowego w powietrzu transportowym, wynoszących od 4,0 do 8,0 kg pyłu na kg powietrza, ponieważ nie zapewniają sprzyjających warunków zapłonu i stabilizacji płomienia.

Znany jest również z polskiego opisu zgłoszenia patentowego P.394814 palnik pyłowy do spalania w kotłach energetycznych zmielonej biomasy, przeznaczony zwłaszcza do współspalania dużej ilości biomasy z pyłem węglowym, posiadający w części napływowej wirowego palnika rurę doprowa33 dzającą paliwo pyłowe w postaci mieszaniny powietrza i pyłu o koncentracji od 2 kg/m³ do 10 kg/m³ osadzoną wewnątrz kanału rozrzedzającego.

Wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego, zawierający rurową dyszę powietrzną i rurową dyszę pyłową, tworzące pomiędzy nimi pierścieniowy kanał dyszy doprowadzania powietrza wtórnego z zawirowywaczem łopatkowym, charakteryzuje się tym, że wewnątrz dyszy pyłowej w jej wzdłużnej osi posiada popychacz rozdzielacza przeznaczony do osiowej regulacji położenia umiejscowionego na jej wylocie, stożkowego rozdzielacza pyłu z wierzchołkiem stożka skierowanym do jej wylotu i posiadającego na obwodzie płetwy rozbijające o liczbie wynoszącej od 4 do 8 sztuk, który jest przesuwany osiowo względem płaszczyzny wylotowej dyszy pyłowej palnika w zakresie wymiaru liniowego od 25% do 80% jej średnicy w zależności od określonej wartości opałowej i stopnia rozdrobnienia cząstek zmielonej biomasy, natomiast wewnątrz dyszy powietrza wtórnego ma zabudowany zawirowywacz łopatkowy o liczbie łukowych łopatek wynoszącej od 5 do 10 sztuk, przy czym w części wlotowej korpusu palnika za kołnierzem wlotowym powietrza wtórnego jest zabudowany żaluzjowy aparat regulacyjny dopływu powietrza do regulacji ilości powietrza doprowadzonego do palnika.

Korzystnie, popychacz rozdzielacza jest ustalony za pomocą osiowo usytuowanego uchwytu sworznia popychacza w rejonie wylotu rury dyszy pyłowej i przymocowany do znajdującego się na jej wlocie kolana przypalnikowego z prowadnicą do prowadzenia cięgna regulacyjnego.

Korzystnie, rozdzielacz stożkowy pyłu ma średnicę zewnętrzną wynoszącą od 0,4 do 0,6 średnicy dyszy pyłowej i kąt rozwarcia ramion stożka wynoszący od 45° do 60°, a jego płetwy rozbijające są ukształtowane w części wylotowej pobocznicy stożka i skierowane pod kątem wylotowym wynoszącym od 20° do 30°.

PL 227 203 B1

Korzystnie, łukowe łopatki zawirowacza łopatkowego mają kąt wylotowy wynoszący od 20° do 50° względem wzdłużnej osi palnika.

Zaletą konstrukcji wirowego palnika pyłowego do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego według wynalazku 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 pyłu biomasowego. Ponadto zaletą konstrukcji wirowego palnika pyłowego jest zwiększona skuteczność rozdzielacza stożkowego pyłu z uwagi na jego położenie bezpośrednio na wylocie rury dyszy pyłowej, dzięki czemu prowadzenie pyłomieszanki po rozdzielaczu stożkowym pyłu odbywa się na całej długości jego stożka. Zaletą jest także uproszczenie konstrukcji wirowego palnika pyłowego, poprzez wyeliminowanie z osi palnika rury rdzeniowej i wlotu ślimakowego.

Wynalazek jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia przekrój podłużny wirowego palnika pyłowego do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych przy wysokiej koncentracji pyłu biomasowego, fig. 2 przedstawia widok na palnik 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 a fig. 4 przedstawia geometrię zawirowywacza powietrza wtórnego.

Pokazany na fig. 1 wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego, jest przymocowany kołnierzem mocowania palnika 12 do ściany komory paleniskowej kotła energetycznego 13 w rejonie wylotowej części korpusu palnika, stanowiącą dyszę powietrza wtórnego 1. Wewnątrz części wylotowej korpusu palnika jest zabudowany osiowo pierścieniowy kanał doprowadzenia powietrza wtórnego 3 z zawirowywaczem łopatkowym 8 powietrza. Wewnątrz zawirowywacza łopatkowego 8 powietrza osadzona jest koncentrycznie rura dyszy pyłowej 2 ustalona z jednej strony za pomocą kołnierza 5 do ścianki tylnej części wlotowej korpusu palnika 4, a od strony wylotu spoczywająca na łopatkach zawirowywacza łopatkowego 8. W osi rury dyszy pyłowej 2 od strony wlotu mieszanki pyłowo-powietrznej do kotła znajduje się uchwyt sworznia popychacza 14 rozdzielacza stożkowego pyłu 7.

W wzdłużnej, geometrycznej osi wirowego palnika pyłowego, znajduje się ustalony na podpó rkach popychacza 16, popychacz rozdzielacza 9 przymocowany do kolana przypalnikowego z prowadnicą 6, który jest przeznaczony do regulacji położeń stożkowego rozdzielacza pyłu 7 bez konieczności wyłączenia palnika pyłowego z eksploatacji.

Opcjonalnie przewidziano, nie uwidocznioną na rysunku rurę osłonową prowadnicy o nieznacznie większej średnicy w stosunku do średnicy pręta prowadnicy, przewidzianą dla ochrony prowadnicy przed erozją.

Na końcu popychacza rozdzielacza 9 na wylocie rury pyłowej 2 jest umieszczony rozdzielacz stożkowy pyłu 7 o wierzchołu skierowanym do jej wlotu i kącie rozwarcia ramion stożka ε wynoszącym korzystnie od 45° do 60°. Na powierzchni wylotowej stożka rozdzielacza stożkowego pyłu 7 znajdują się skierowane ukośnie do osi palnika płetwy rozbijające 10 i zawirowujące mieszaninę pyłową. Na wlocie dyszy pyłowej (2) zabudowane jest kolano przypalnikowe (6) z prowadnicą do prowadzenia cięgna regulacyjnego (19) dla położenia osiowego stożkowego rozdzielacza pyłu (7) względem płaszczyzny wylotu dyszy pyłowej (2).

W przedstawionym na fig. 2 przykładzie wykonania wirowego palnika pyłowego jest pokazany układ kołnierzy wlotowych powietrza wtórnego 15 i króćca mieszaniny pyłowej 18. W części wlotowej korpusu palnika 4 zabudowany jest żaluzjowy aparat regulacyjny dopływu powietrza 11 do regulacji ilości powietrza doprowadzonego do palnika. Pomiar ilości powietrza dokonywany jest poza palnikiem.

Na fig. 3 pokazany jest układ płetw rozbijających 10 na stożku rozdzielacza stożkowego pyłu 7. Ilość płetw z. w zależności od wielkości wirowego palnika pyłowego wynosi od 4 sztuk do 8 sztuk, a kąt wylotowy γ płetw rozbijających 10 wynosi korzystnie od 20° do 30°. Stożek rozdzielacza stożkowego pyłu 7 wraz z płetwami rozbijającymi 10 jest stale chłodzony powietrzem, niezależnie od warunków pracy wirowego palnika pyłowego. W osi rozdzielacza stożkowego pyłu 7 jest osadzony uchwyt sworznia popychacza 14.

Na fig. 4 pokazana jest geometria zawirowywacza łopatkowego 8 powietrza wtórnego. Łopatki zawirowywacza powietrza wtórnego 17 wygięte są jako powierzchnie walcowe, ustawione pod kątem wylotowym α wynoszącym korzystnie od 20° do około 50° a ich liczba z₂ wynosi od 5 do 10 sztuk

PL 227 203 B1 w zależności od wielkości wirowego palnika pyłowego. Rozróżnia się zawirowanie prawe lub lewe zawirowywacza łopatkowego 8.

Przebieg działania palnika wirowego pyłowego do spalania zmielonej biomasy dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego jest następujący. Z nie pokazanych na rysunku, młyna młotkowego lub kruszarki, mieszanka pyłowo-powietrzna kierowana jest do nie pokazanych na rysunku zbiornika pyłu lub bezpośrednio za pomocą dmuchawy wysokociśnieniowej do rurociągu transportowego a następnie poprzez połączenie kołnierzowe, króciec mieszaniny pyłowej 18 do dyszy pyłowej 2 w kierunku wylotu wirowego palnika pyłowego, gdzie następnie uderza w stożek rozdzielacza stożkow ego pyłu 7 z płetwami rozbijającymi 10, skierowanymi w prawo lub lewo, po czym miesza się ze strumieniem powietrza wtórnego wypływającym z dyszy powietrza wtórnego 1 po przejściu przez zawirowywacz łopatkowy 8. Rozdzielacz stożkowy pyłu 7 o średnicy zewnętrznej 0D_ mieszczącej się korzystnie w zakresie od 0,4 do 0,6 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 80% średnicy 0D dyszy pyłowej 2 w zależności od jakości spalanego pyłu, określonej wartością opałową i stopniem rozdrobnienia cząstek biomasy.

Powietrze wtórne jest doprowadzone do wirowego palnika poprzez klapy regulacyjne żaluzjowego aparatu regulacyjnego dopływu powietrza 11 w korpusie palnika 4 skąd dopływa do pierścieniowego kanału doprowadzenia powietrza wtórnego 3 utworzonego z zewnętrznej rury wylotowej części korpusu, stanowiącej dyszę powietrza wtórnego 1 i o średnicy i rury dyszy pyłowej 2 o średnicy D₂, w którym zabudowany jest zawirowywacz łopatkowy 8 z łukowymi łopatkami 17. Powietrze wtórne silnie zawirowane wypływa do dyfuzora wylotowego w ścianie komory paleniskowej kotła energetycznego 13, gdzie miesza się z pyłem biomasowym, tworząc mieszankę zapalającą.

Wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy zapewnia warunki dla odpowiedniego zmniejszenia koncentracji pyłu i odpowiedniego wymieszania pyłu z powietrzem wtórnym przed chwilą zapłonu pyłomieszanki. Dla zapewnienia stabilizacji spalania kierunki zawirowania mieszaniny pyłowo-powietrznej i powietrza wtórnego są zgodne w obrębie jednego układu palnikowego. Rozróżnia się zawirowanie prawe lub lewe uzależnione od miejsca zabudowy palnika w kotle.

Palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego według wynalazku jest przeznaczony szczególnie do spalania doprowadzonej pneumatycznie do palnika mieszanki pyłowo-powietrznej pyłu o koncentracji pyłu biomasowego, wynoszącej korzystnie od 4 do 8 kg pyłu na kg powietrza transportowego.

Claims (4)

1. Wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego, zawierający rurową dyszę powietrzną i rurową dyszę pyłową, tworzące pomiędzy nimi pierścieniowy kanał dyszy doprowadzania powietrza wtórnego z zawirowywaczem łopatkowym, znamienny tym, że wewnątrz dyszy pyłowej (2) w jej wzdłużnej osi posiada popychacz rozdzielacza (9) przeznaczony do osiowej regulacji położenia umiejscowionego na jej wylocie, stożkowego rozdzielacza pyłu (7) z wierzchołkiem stożka skierowanym do jej wylotu i posiadającego na obwodzie płetwy rozbijające (10) o liczbie (z₂) wynoszącej od 4 do 8 sztuk, który jest przesuwany osiowo względem płaszczyzny wylotowej dyszy pyłowej palnika (2) w zakresie wymiaru liniowego (H) od 25% do 80% jej średnicy (0D) w zależności od określonej wartości opałowej i stopnia rozdrobnienia cząstek zmielonej biomasy, natomiast wewnątrz dyszy powietrza wtórnego (1) ma zabudowany zawirowywacz łopatkowy (8) o liczbie (z₂) łukowych łopatek (17) wynoszącej od 5 do 10 sztuk, przy czym w części wlotowej korpusu palnika (4) za kołnierzem wlotowym powietrza wtórnego (15) jest zabudowany żaluzjowy aparat regulacyjny dopływu powietrza (11) do regulacji ilości powietrza doprowadzonego do palnika.

2. Wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego według zastrz. 1, znamienny tym, że popychacz rozdzielacza (9) jest ustalony za pomocą osiowo usytuowanego uchwytu sworznia popychacza (14) w rejonie wylotu rury dyszy pyłowej (2) i przymocowany do znajdującego się na jej wlocie kolana przypalnikowego (6) z prowadnicą do prowadzenia cięgna regulacyjnego (19).

PL 227 203 B1

3. Wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdzielacz stożkowy pyłu (7) ma średnicę zewnętrzną (0D) wynoszącą od 0,4 do 0,6 średnicy dyszy pyłowej (0D) i kąt rozwarcia ramion stożka (ε) wynoszący od 45° do 60°, a jego płetwy rozbijające (10) są ukształtowane w części wylotowej pobocznicy stożka i skierowane pod kątem wylotowym (γ) wynoszącym od 20° do 30°.

4. Wirowy palnik pyłowy do spalania zmielonej biomasy w kotłach energetycznych dla wysokiej koncentracji pyłu biomasowego według zastrz. 1, znamienny tym, że łukowe łopatki (17) zawirowacza łopatkowego (8) mają kąt wylotowy (α) wynoszący od 20° do 50° względem wzdłużnej osi palnika.