(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (54)Kocioł z hybrydowym układem spalania i sposób spalania w kotle z hybrydowym układem spalania

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl6: F23C 11/02 F23B 7/00 (54)Kocioł z hybrydowym układem spalania i sposób spalania w kotle z hybrydowym układem spalania (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 09/96 (73) Uprawniony z patentu: Kowalski Jan, Warszawa, PL Jerzykowski Bogdan, Warszawa, PL Lewandowski Janusz, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/98 (72) Twórcy wynalazku: Jan Kowalski, Warszawa, PL Bogdan Jerzykowski, Warszawa, PL Janusz Lewandowski, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: Woźnicki Jerzy PL B1 (57) 5. Sposób spalania paliwa węglowego w kotle z hybrydowym układem spalania z komorą spalania pyłowego nad komorą spalania fluidalnego, znamienny tym, że do komory spalania pyłowego w górnej przestrzeni paleniska (1) wprowadza się przez palniki pyłowe (5) pył węglowy z niezbędną do jego transportu ilością powietrza, zaś podstawową część powietrza tłoczy się poprzez rozdzielacz powietrza (4), nad którym wytwarzane jest złoże fluidalne (6), w ilości wynikającej z bilansu powietrza potrzebnego do całkowitego spalenia pyłu węglowego i cząstek węgla podawanego oddzielnie do komory spalania fluidalnego, przy czym do strefy wewnętrznej złoża fluidalnego (6) tłoczy się powietrze o większej prędkości przepływu niż do stref zewnętrznych złoża. FIG. 1

2 Kocioł z hybrydowym układem spalania i sposób spalania w kotle z hybrydowym układem spalania Zastrzeżenia patentowe 1. Kocioł z hybrydowym układem spalania, posiadający komorę spalania pyłowego z palnikami pyłowymi nad komorą spalania fluidalnego, znamienny tym, że komora spalania pyłowego i komora spalania fluidalnego znajdują się w przestrzeni wspólnego paleniska (1) zamkniętego u dołu rozdzielaczem powietrza (4), nad którym jest wytwarzane złoże fluidalne (6), przy czym cząstki węgla podawane są do komory spalania fluidalnego przez wloty węgla fluidalnego (8) usytuowane poniżej palników pyłowych (5), zaś obszar złoża fluidalnego (8) rozdzielony jest pionowymi przegrodami (7) na strefę wewnętrzną i strefę zewnętrzną, przy czym do każdej z tych stref doprowadzany jest czynnik fluidyzujący z oddzielnej skrzyni rozdzielacza powietrza (4). 2. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdzielacz powietrza (4) ma oddzielną skrzynię powietrza złoża głównego (4'), tłoczonego do strefy wewnętrznej, i oddzielną skrzynię powietrza złóż bocznych (4") otłoczonego do strefy zewnętrznej złoża (6). 3. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że komora spalania fluidalnego ma kształt ostrosłupa ściętego, którego boki tworzą dolny skos (3) paleniska (1) wykonany ze szczelnych rur membranowych tworzących dodatkową powierzchnię ogrzewalną układu parownika. 4. Kocioł według zastrz. 1 znamienny tym, że komora spalania fluidalnego posiada dno dyszowe (12) w kształcie niecki zaopatrzonej w rury opróżniające (13) odprowadzające nadmiar złoża do wygarniacza żużla (14), przy czym konstrukcję nośną dna dyszowego (12) stanowią rury membranowe (17) wpięte w układ parownika. 5. Sposób spalania paliwa węglowego w kotle z hybrydowym układem spalania z komorą spalania pyłowego nad komorą spalania fluidalnego, znamienny tym, że do komory spalania pyłowego w górnej przestrzeni paleniska (1) wprowadza się przez palniki pyłowe (5) pył węglowy z niezbędną do jego transportu ilością powietrza, zaś podstawową część powietrza tłoczy się poprzez rozdzielacz powietrza (4), nad którym wytwarzane jest złoże fluidalne (6), w ilości wynikającej z bilansu powietrza potrzebnego do całkowitego spalenia pyłu węglowego i cząstek węgla podawanego oddzielnie do komory spalania fluidalnego, przy czym do strefy wewnętrznej złoża fluidalnego (6) tłoczy się powietrze o większej prędkości przepływu niż do stref zewnętrznych złoża. * * * Przedmiotem wynalazku jest kocioł z hybrydowym układem spalania i sposób spalania w kotle z hybrydowym układem spalania na paliwo węglowe do wytwarzania pary wodnej lub ciepłej wody. Znane są kotły pyłowe do wytwarzania pary wodnej lub ciepłej wody, w którym paliwo - węgiel kamienny Iub brunatny po uprzednim rozdrobnieniu w młynie węglowym, wdmuchiwany jest w postaci pyłu do paleniska o przekroju prostokątnym przez palniki pyłowe. Wraz z pyłem dostarczana jest tylko nieznaczna część powietrza, w ilości potrzebnej do zapewnienia transportu pyłu. Podstawowe powietrze do spalania jest dostarczane przez otwór leja nad wygarniaczem żużla oraz przez dysze powietrza górnego usytuowane nad dyszami pyłowymi. Z takiego kotła emitowane są znaczne ilości szkodliwych dla środowiska tlenków azotu oraz tlenków siarki. Znany jest kocioł fluidalny, do którego paliwo dostarczane jest w postaci ziaren. W palenisku takiego kotła panuje temperatura znacznie niższa niż w kotle pyłowym, co sprawia, że emisja tlenków azotu jest nieznaczna. Jeżeli do takiego paleniska dostarczany jest dodatkowo sorbent w postaci związków wapnia i/lub magnezu, lub związki te są składnikiem paliwa, to w

3 palenisku kotła fluidalnego wiązana jest siarka i do atmosfery są emitowane tylko nieznaczne ilości tlenków siarki. Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr kocioł do spalania pyłu węglowego, w którym pod komorą paleniskową zabudowane jest palenisko dopalające z komorą paleniska fluidalnego nad rozdzielaczem powietrza oraz obejściowy kanał łączący wylot komory paleniskowej z odżużlaczem. Palenisko fluidalne przeznaczone jest do dopalania pyłu węglowego, który nie został całkowicie spalony w komorze paleniskowej. Taki układ w niewielkim stopniu wpływa na ograniczenie emisji spalin oraz sprawność i wydajność kotła, natomiast utrudnia optymalizację procesu spalania pyłu węglowego w komorze paleniskowej. Kocioł według wynalazku, posiadający komorę spalania pyłowego z palnikami pyłowymi nad komorą spalania fluidalnego, charakteryzuje się tym, że komora spalania pyłowego i komora spalania fluidalnego znajdują się w przestrzeni wspólnego paleniska zamkniętego u dołu rozdzielaczem powietrza, nad którym jest wytwarzane złoże fluidalne. Cząstki węgla podawane są do komory spalania fluidalnego przez wloty węgla fluidalnego usytuowane poniżej palników pyłowych, zaś obszar złoża fluidalnego rozdzielony jest pionowymi przegrodami na strefę wewnętrzną i strefę zewnętrzną. Do każdej z tych stref doprowadzany jest czynnik fluidyzujący z oddzielnej skrzyni rozdzielacza powietrza. Do strefy wewnętrznej powietrze tłoczone jest ze skrzyni powietrza złoża głównego, a do stref zewnętrznych - z oddzielnych skrzyń powietrza złóż bocznych. Komora spalania fluidalnego ma kształt ostrosłupa ściętego, którego boki tworzą dolny skos paleniska wykonany ze szczelnych rur membranowych tworzących dodatkową powierzchnię ogrzewalną układu parownika. Dolny kontur paleniska zamknięty jest przez dno dyszowe w kształcie niecki zaopatrzonej w rury opróżniające, odprowadzające nadmiar złoża do wygarniacza żużla. Konstrukcję nośną dna dyszowego stanowią rury membranowe wpięte w układ parownika. Sposób według wynalazku polega na tym, że do komory spalania pyłowego usytuowanej w górnej przestrzeni paleniska wprowadza się przez palniki pyłowe pył węglowy z niezbędną do jego transportu ilością powietrza. Natomiast podstawową część powietrza tłoczy się poprzez rozdzielacz powietrza w ilości wynikającej z bilansu powietrza potrzebnego do całkowitego spalania pyłu węglowego i cząstek węgla podawanego oddzielnie do komory spalania fluidalnego w dolnej przestrzeni paleniska, przy czym do strefy wewnętrznej złoża fluidalnego, wytwarzanego nad rozdzielaczem powietrza, tłoczy się powietrze o większej prędkości przepływu niż do stref zewnętrznych złoża. Rozwiązanie według wynalazku pozwala na ograniczenie emisji tlenków azotu i siarki w porównaniu z kotłem pyłowym. Kocioł z hybrydowym układem spalania (HUS) posiada lepsze własności ruchowe niż kocioł pyłowy, umożliwia niezależne podawanie i spalanie pyłu lub cząstek paliwa węglowego oraz zwiększa wydajność i zakres stabilnej pracy kotła. Kocioł taki może być wykonany, zwłaszcza poprzez modernizację paleniska w istniejących kotłach pyłowych. Wynalazek jest objaśniony na przykładzie zastosowania uwidocznionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia palenisko zmodernizowanego kotła pyłowego z hybrydowym układem spalania w przekroju podłużnym, a fig. 2 przedstawia komorę spalania fluidalnego z rozdzielaczem powietrza z fig. 1 w powiększeniu. Kocioł z hybrydowym układem spalania posiada we wspólnej przestrzeni paleniska 1 dwie komory spalania: komorę spalania pyłowego, z palnikami pyłowymi 5 i wlotami powietrza górnego 11, oraz wbudowaną w dolnej części paleniska 1 komorę spalania fluidalnego. Komora spalania fluidalnego ma kształt ostrosłupa ściętego, którego boki tworzą dolny skos 3 ścian 2 paleniska 1, uzyskany w wyniku przebudowy kotła parowego na pył węglowy poprzez usunięcie typowego skosu komory paleniskowej i wprowadzenie w to miejsce krótkiego dolnego skosu 3, tworzącego dodatkową powierzchnię ogrzewalną układu parownika, z poszerzeniem dolnego konturu paleniska 1. Ściany 2 paleniska 1, łącznie ze skosami 3, wykonane są ze szczelnych rur membranowych. Poszerzony dolny kontur paleniska zamknięty jest dnem dyszowym 12 w kształcie niecki, z wyprowadzonymi nad jego powierzchnię wylotami dysz 15 doprowadzającymi czynnik fluidyzujący ze skrzyń rozdzielacza powietrza 4 zamontowanego pod komorą spalania fluidal-

4 nego. W środkowej części dna umieszczone są dwie rury opróżniające 13 prowadzące do wygarniacza żużla 14. Konstrukcję nośną dna dyszowego 12 stanowią rury membranowe 17 wpięte pomiędzy dolnymi komorami układu parownika. Komora paleniska fluidalnego, w obszarze złoża fluidalnego wytwarzanego nad rozdzielaczem 4, rozdzielona jest pionowymi przegrodami 7 na wewnętrzne złoże główne 6' i zewnętrzne złoże boczne 6", do których czynnik fluidyzujący doprowadzany jest z oddzielnych skrzyń rozdzielacza 4, skrzyni powietrza złoża głównego 4' i skrzyni powietrza złóż bocznych 4". Wloty węgla fluidalnego 8 usytuowane są nad złożem fluidalnym, poniżej palników pyłowych 5. Przez wloty węgla fluidalnego 8 dostarczane są cząstki paliwa węglowego rozdrobnionego w młynie węglowym lub kruszarce zaś odseparowany pył węglowy dostarczany jest niezależnie przez palniki pyłowe 5. Pył węglowy jest transportowany i wdmuchiwany do kotła przy wykorzystaniu powietrza doprowadzanego rurociągiem w ilości wynikającej z potrzeb transportowych. Natomiast pod rozdzielacz powietrza 4 doprowadzane jest powietrze z wentylatora w ilości wynikającej z bilansu powietrza potrzebnego do całkowitego spalania węgla podawanego zarówno przez wloty węgla fluidalnego 8 jak i poprzez palniki pyłowe 5, przy czym do strefy złoża głównego 6' tłoczy się powietrze o większej prędkości przepływu niż do strefy złoża bocznego 6". W każdej strefie umieszczone są termopary 16. Dawkowanie sorbentu odbywa się otworami 10. Gorące gazy ze strefy zewnętrznej złoża wykorzystywane są do podgrzewu i odparowania wody w wymiennikach ekranowych wykonanych ze szczelnych rur membranowych, a ze strefy wewnętrznej - do podgrzewu wody i pary w strefie wymienników konwekcyjnych, usytuowanych konwencjonalnie na drodze przepływu gorących gazów z komory paleniskowej. Różna prędkość przepływu powietrza w strefie wewnętrznej i strefach zewnętrznych złoża fluidalnego zapewnia symetrię wymiany ciepła w układzie parownika i wydłuża drogę wymiany ciepła. Pozwala także na optymalizację procesu spalania poprzez zmianę prędkości przepływu powietrza proporcjonalnie do obciążenia kotła. Kocioł z hybrydowym układem spalania może pracować z wykorzystaniem zarówno fluidalnej jak i pyłowej techniki spalania oraz w układach rozdzielonych, to jest jako kocioł o spalaniu tylko pyłowym lub kocioł o spalaniu tylko fluidalnym. Pozwala to na znaczne powiększenie stabilnej pracy kotła. O ile dla spalania pyłowego granica stabilnego spalania wynosi zwykle 60% obciążenia maksymalnego, to w kotle według wynalazku granica ta jest obniżona do 40%, przy czym w zakresie niższych obciążeń może być wykorzystywana tylko technika fluidalna.

5 Fig. 2

6 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł