Спосіб введення твердого, рідкого або газоподібного палива в зону горіння печі та пальник для його здійснення

1 Спосіб введення твердого, рідкого або газоподібного палива в зону горіння печі, такої, як обертова піч для виробництва цементного клінкеру або аналогічних продуктів, в якому паливо підводять через канал або канали (1, 6), а первинне повітря підводять, принаймні, через два кільцеві канали (8, 9), розташовані по суті концентрично відносно каналу/їв для палива і навколо нього/них, при цьому частина повітря в одному з повітряних каналів (9) проходить по суті в осьовому напрямку, у той час як частина повітря в другому з повітряних каналів (8) містить повітря, яке має складову, що обертається навколо центральної осі пальника, і здійснюють незалежне регулювання КІЛЬКОСТІ первинного повітря в двох частинах, який відрізняється тим, що дві частини первинного повітря змішують при більш низькій швидкості в збиральному каналі (15) в один змішаний потік первинного повітря, який далі прискорюють до бажаної, більш високої швидкості випускання 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що змішаний потік первинного повітря прискорюють в 5-12 разів 3 Спосіб за п 1 або 2, який відрізняється тим, що швидкість потоку первинного повітря в осьовому напрямку в двох повітряних каналах знаходиться в діапазоні від 20 до 25 м/с, і змішаний потік первинного повітря прискорюють до швидкості потоку від 160 до 200 м/с 4 Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що повітря в другому повітряному каналі (8) змушують обертатися навколо центральної осі пальника шляхом спрямування вш його мимо деякої КІЛЬКОСТІ похилих лопаток (10), розташованих безпосередньо перед вихідним кінцем каналу по ходу руху повітря 5 Пальник для введення твердого, рідкого або газоподібного палива в зону горіння печі, такої, як обертова піч для виробництва цементного клінкеру або аналогічних продуктів, причому зазначений пальник містить канал або канали (1, 6) для підведення палива і, принаймні, два кільцеві канали (8, 9), розташовані ззовні по суті концентрично відносно каналу/їв для палива і навколо нього/них і призначені для підведення первинного повітря, причому повітряні канали розташовані таким чином, щоб змусити частину повітря в одному з цих повітряних каналів (9) проходити в осьовому напрямку, а частину повітря в другому повітряному каналі (8) проходити з складовою потоку, що обертається навколо центральної осі пальника, і засоби для незалежного регулювання КІЛЬКОСТІ первинного повітря в двох частинах, який відрізняється тим, що канали (8, 9) для первинного повітря виходять в загальний кільцевий збиральний канал (15), призначений для підведення змішаного первинного повітря до кільцевого сопла (14), причому площа перерізу потоку в збиральному каналі (15) поступово зменшується в осьовому напрямку руху повітря 6 Пальник за п 5, який відрізняється тим, що площа перерізу потоку в збиральному каналі (15) зменшується в 5-12 разів 7 Пальник за п 5 або 6, який відрізняється тим, що канали (8, 9) для первинного повітря і засоби регулювання розташовані таким чином, що осьова швидкість потоку в каналах для первинного повітря знаходиться в діапазоні від 20 до 25 м/с, а збиральний канал (15) розміщений таким чином, що змішаний потік первинного повітря прискорюється до швидкості потоку від 160 до 200 м/с 8 Пальник за п 7, який відрізняється тим, що збиральний канал (15) виконаний з двох концентричних кільцевих елементів (4, 7а, 3, 7а), з яких самий ЗОВНІШНІЙ елемент (7а) має форму зрізаного конуса, що звужується у напрямку потоку з кутом нахилу а від ЗО до 60° відносно центральної осі пальника 9 Пальник за будь-яким з пп 5-8, який відрізняється тим, що в другому повітряному каналі (8) безпосередньо перед вихідним кінцем каналу по ходу руху повітря розташовано деяку КІЛЬКІСТЬ ПО О (О 42116 хилих лопаток (10), призначених для надання обертової складової руху частини повітря в другому повітряному каналі 10 Пальник за будь-яким з пп 5-9, який відрізняється тим, що сопло (14) виконане з двох кон Даний винахід стосується способу (далі називається способом описуваного типу), призначеного для введення твердого, рідкого або газоподібного палива в зону горіння печі, такої, як обертова піч для виробництва цементного клінкера або аналогічних продуктів, причому при даному способі паливо підводять через канал або канали, а первинне повітря підводять, принаймні, через два кільцеві канали, розташовані по суті концентрично відносно каналу/їв для палива і навколо нього/них, при цьому частина повітря в одному з повітряних каналів проходить по суті в осьовому напрямку, у той час як частина повітря в другому з повітряних каналів являє собою повітря, що має складову, яка обертається навколо центральної осі пальника, і здійснюють незалежне регулювання КІЛЬКОСТІ первинного повітря в двох частинах Винахід також стосується пальника для реалізації способу ВІДПОВІДНО до винаходу Пальники, призначені для даної мети, добре ВІДОМІ Спочатку вони просто складалися з однієї єдиної труби, через яку суміш здрібненого на порошок вугільного борошна і повітря вводили в зону горіння печі 3 плином часу були розроблені вдосконалені конструкції пальників, які включали в себе такі елементи, як додаткові канали для введення інших видів рідкого або газоподібного палива Крім того, більшість сучасних пальників містять один чи кілька окремих каналів для вдування повітря, так що лише невелика КІЛЬКІСТЬ первинного повітря вводиться разом з пилоподібним вугіллям Шляхом надання обертального руху деякій частині повітря, що вводиться, стало можливим більшою мірою регулювати форму полум'я в печі Приклад пальника зазначеного вище виду описаний в Європейському патенті ЕР-В-0421903 Цей відомий пальник містить один чи кілька каналів для введення палива, що їх оточують два кільцеві канали для введення первинного повітря В отворі кільцевого сопла самого внутрішнього з цих повітряних каналів передбачені похилі лопатки, які надають обертального руху повітрю В самому зовнішньому каналі повітря підводиться і подається під тиском по суті в осьовому напрямку Регулювання площі сопла обох каналів можна здійснити шляхом регулювання положення каналів в осьовому напрямку один відносно одного, і також можна незалежно регулювати частини первинного повітря в двох каналах Отже, при даному пальнику можна забезпечити зміну форми полум'я за умови можливості регулювання витрати і швидкості первинного повітря, а також КІЛЬКОСТІ первинного повітря, що піддається обертанню Однак вада цього пальника полягає втому, що первинне повітря вводиться через два окремі кільцеві сопла, що призводить до порівняно великої втрати тиску і центричних кільцевих елементів (12, 13), з яких, принаймні, один виконано у вигляді зрізаного конуса, так що площу перерізу сопла можна змінювати за рахунок осьового зміщення двох елементів ОДИН ВІДНОСНО ОДНОГО менш ефективному змішуванню первинного повітря з паливом в зоні горіння Другим прикладом пальника зазначеного вище виду є пальник, описаний в заявці на Європейський патент ЕР-А-0650012 Цей відомий пальник також містить один чи кілька каналів для введення палива, оточених одним єдиним каналом для первинного повітря, з якого повітря проходить в кільцеве сопло Безпосередньо перед соплом повітря спрямовується через ряд гнучких трубок, які за допомогою деякого механізму, можуть відгинатись убік, за рахунок чого спричинюється обертальний рух повітря Таким чином, обертання повітря і, отже, форму полум'я можна змінювати шляхом зміни куту відгину трубок і шляхом зміни КІЛЬКОСТІ первинного повітря Перевага подачі всього первинного повітря лише через одне сопло полягає в тому, що при цьому зменшується втрата тиску і забезпечується більш ефективне змішування повітря та палива і, отже, більш тривке полум'я Однак недоліком пальника даного типу є те, що система з гнучкими трубками вимагає наявності складного механізму регулювання, який також є уразливим для поломок і руйнування в робочому середовищі, для якого він призначений Завдання даного винаходу полягає в розробці способу, а також пальника, за допомогою яких можна забезпечити ефективне змішування палива та повітря при мінімальній втраті тиску і за допомогою яких можна змінювати форму полум'я, у той самий час конструкція має такий ступінь жорсткості та МІЦНОСТІ, ЩО гарантується раціональний строк служби, зважаючи на високі термальні і механічні навантаження, які діють на пальник в зоні горіння обертової печі Це досягається за допомогою способу описаного вище типу, який відрізняється тим, що дві частини первинного повітря змішують при більш низькій швидкості у збиральному каналі в один змішаний потік первинного повітря, який далі прискорюють до бажаної, більш високої швидкості випускання Винахід також включає в себе пальник, призначений для введення твердого, рідкого або газоподібного палива в зону горіння печі, такої, як обертова піч для виробництва цементного клінкера чи аналогічних продуктів, що містить канал або канали для підведення палива і, принаймні, два кільцеві канали, розташовані по суті концентрично відносно каналу/їв для палива і навколо нього/них і призначені для підведення первинного повітря, причому повітряні канали розміщені таким чином, щоб змусити частину повітря в одному з цих повітряних каналів проходити в осьовому напрямку, а частину повітря в другому повітряному каналі проходити з обертанням навколо центральної осі пальника, та засоби для незалежного регулювання 42116 КІЛЬКОСТІ первинного повітря в даних частинах, і який відрізняється тим, що канали для первинного повітря виходять в загальний кільцевий збиральний канал, призначений для підведення змішаного первинного повітря до кільцевого сопла, причому площа перерізу потоку у збиральному каналі поступово зменшується в осьовому напрямку руху повітря Отже, розроблено спосіб, а також пальник, за допомогою яких можна гарантувати ефективне змішування палива і повітря з забезпеченням експлуатаційної надійності при мінімальній втраті тиску, і за допомогою яких можна відрегулювати форму полум'я до бажаної оптимальної форми Це здійснюється завдяки тому, що два підпотоки первинного повітря перед введенням їх у піч змішують при порівняно низькій швидкості в один повітряний потік, який далі при порівняно високій швидкості вводять через одне сопло, завдяки тому, що міру обертання первинного повітря можна змінювати шляхом зміни взаємопов'язаних кількостей повітря в двох первинних повітряних потоках, і завдяки тому, що всі необхідні засоби регулювання можуть встановлюватись поза зоною горіння печі з можливістю забезпечення легкого доступу до них Як наслідок, ті частини пальника, що піддаються термальним навантаженням, конструктивно можуть виконуватись простими і міцними Більш прийнятним є те, щоб площа прохідного перерізу збирального каналу від місця, де первинні потоки повітря змішуються, до сопла зменшувалася в 5-12 разів для того, щоб швидкість змішаного потоку первинного повітря збільшувалася у відповідне число разів В особливо прийнятному варіанті втілення пальника ВІДПОВІДНО ДО винаходу, який особливо придатний для застосування в обертовій печі для виробництва цементу, більш прийнятним є те, щоб канали для первинного повітря і засоби регулювання розташовувались таким чином, щоб осьова швидкість потоку в каналах для первинного повітря знаходилась в діапазоні від 20 до 25 м/с, а збиральний канал розміщався таким чином, щоб змішаний потік первинного повітря прискорювався до швидкості потоку від 160 до 200 м/с Конфігурація збирального каналу може робитись будь-якою, що реалізується на практиці і забезпечує прискорення потоку, яке відповідає зазначеному вище Однак більш прийнятним є те, щоб канал виготовлявся з двох концентричних кільцевих елементів, з яких самий ЗОВНІШНІЙ має форму зрізаного конуса, що звужується у напрямку потоку з кутом нахилу а від ЗО до 60° відносно центральної осі пальника, в той час як самий внутрішній кільцевий елемент по суті паралельний центральній осі пальника Однак можуть бути передбачені ІНШІ конфігурації збирального каналу Таким чином, самий внутрішній кільцевий елемент також може мати форму зрізаного конуса, що звужується у напрямку потоку Однак в даному випадку внутрішній кільцевий елемент повинен виконуватись з кутом нахилу, значно меншим від куту нахилу самого зовнішнього кільцевого елементу Повітря в другому повітряному каналі можна змусити обертатися навколо центральної осі пальника у різні способи, зокрема, за допомогою повернутих під кутом трубок, як зазначалось вище Однак більш прийнятним є те, щоб обертання повітря викликалось за допомогою деякої КІЛЬКОСТІ похилих лопаток, що вставлені в другий повітряний канал безпосередньо перед місцем випуску повітря з каналу Конфігурація кільцевого сопла повинна бути зроблена такою, щоб забезпечувати мінімізацію втрати тиску Кільцеве сопло може складатися з двох концентричних кільцевих елементів, принаймні, один з яких має форму зрізаного конуса, так що площу перерізу сопла можна змінювати за рахунок осьового зміщення двох елементів один ВІДНОСНО ОДНОГО Далі винахід буде описано більш докладно з посиланням на креслення, що їх виконано схематично, на яких Фіг 1а показує переріз передньої частини першого варіанту втілення пальника ВІДПОВІДНО ДО винаходу, Фіг 1 b являє собою вид спереду того самого пальника, Фіг 2а, 2Ь, 2с і 2d показують різні, альтернативні варіанти втілення сопла для первинного повітря із змінною площею перерізу, Фіг За показує переріз передньої частини другого варіанту втілення пальника ВІДПОВІДНО ДО винаходу, і Фіг ЗЬ ЯВЛЯЄ собою вид спереду того самого пальника На фіг Іа і 1Ь зображений пальник, призначений для спільного спалювання нафтопродукту та пилоподібного вугілля і який містить захисну трубку 2, в яку вставлено окрему форсунку 1 для підведення і розпилення рідкого палива Навколо захисної трубки 2 концентрично розташовані дві трубки 3 і 4, між якими утворений кільцевий канал 6 для підведення і вдування суміші пилоподібного вугілля і повітря Для охолоджування нафтової форсунки 1 і для захисту и від пилу, в простір між внутрішньою трубкою 3 та захисною трубкою 2 може підводитись невелика КІЛЬКІСТЬ з всього об'єму первинного повітря Окрім захисної трубки 2 у внутрішню трубку 3 можна вставити одну чи кілька трубок, призначених для введення додаткових альтернативних видів палива Навколо трубок 2, 3 і 4 концентрично розміщена трубка 5 для підведення повітря, яка разом з трубкою 4 для підведення вугільного пилу утворює кільцевий канал 8 для підведення частини первинного повітря, а саме повітря, що має обертатися Ряд похилих лопаток 10 встановлений на вихідному КІНЦІ каналу 8 для надання обертального руху повітрю Навколо трубки 5 концентрично встановлена трубка 7 пальника, яка разом з радіальною трубкою 5 для підведення повітря утворює кільцевий канал 9, призначений для підведення решти частини первинного повітря, а саме повітря, що проходить аксіально 3 урахуванням того, що температура в зоні горіння може бути надзвичайно високою, ЗОВНІШНІЙ бік трубки 7 пальника виконаний з керамічною вогнетривкою футерівкою 11 ВІДПОВІДНО ДО винаходу канали 8 і 9 для первинного повітря виходять в загальний кільцевий збиральний канал 15 В показаному варіанті втілення збиральний канал розміщений між трубкою 42116 4 і конусоподібним кільцевим елементом 7а, що приєднаний до трубки 7 пальника У збиральному каналі 15 потоки первинного повітря змішуються в один повітряний потік, який завдяки конструкції збирального каналу прискорюється перед введенням його в зону горіння печі через отвір 14 кільцевого сопла Отвір 14 сопла утворений між самим ЗОВНІШНІМ кільцем 12 сопла, що прикріплене до кільцевого елементу 7а, і самим внутрішнім кільцем 13 сопла, що прикріплене до трубки 4 для вугільного пилу Шляхом виконання одного чи обох кілець 12, 13 сопла з конічною поверхнею можна змінювати площу перерізу сопла 14 за рахунок осьового зміщення двох кілець сопла один відносно одного На фіг 2а, 2Ь, 2с і 2d показані різні можливі конфігурації сопла 14 На фіг 2а зовнішня частина 12 сопла 14 виконана у вигляді гнучкого, зрізаного конуса, що звужується, у той час як внутрішня частина 13 виконана у вигляді циліндра Таким чином, здійснюється регулювання напрямку потоку повітря з невеликим відхиленням його в бік осі пальника Сопло 14 на фіг 2Ь виконане з гладким круглим отвором, при цьому крайнє внутрішнє кільце 13 сопла виконане у вигляді гнучкого зрізаного конуса, що розширяється, і це означає, що здійснюється регулювання напрямку потоку з невеликим відхиленням його в бік від осі пальника На фіг 2с і 2d показані приклади сопел 14, яким надано такої форми, що потік спрямовується аксіально На фіг За і ЗЬ зображено пальник, який не включає в себе трубку 4 для вугільного пилу В цьому випадку крайнє внутрішнє кільце 13 сопла прикріплене до внутрішньої трубки 3 замість трубки 4 Принцип роботи пальника, показаного на фіг 1а і 1Ь, полягає в тому, що рідке паливо вводиться і розпорошується за допомогою форсунки 1 пальника Для охолоджування форсунки пальника і для підтримання и в чистому стані невелика КІЛЬКІСТЬ первинного повітря вводиться в простір між внутрішньою трубкою 3 та захисною трубкою 2 Суміш пилоподібного вугілля і транспортуючого повітря нагнггається через кільцевий канал 6 Первинне повітря вводиться і розподіляється в два канали 8 і 9 для первинного повітря у ВІДОМІ способи типу описаних, наприклад, в заявці на патент Франції FR-A-2348438, опис якої включено у дану заявку як посилання Об'єми повітря, що подається в два канали 8 і 9, можна регулювати незалежно один відносно одного В збиральному каналі 15 два потоки первинного повітря змішуються в один повітряний потік Параметри змішаного повітряного потоку являють собою результуючі значення параметрів двох змішаних повітряних потоків, та змішаний потік містить як осьову, так і обертову складові потоку, взаємовідношення між якими можна змінювати шляхом регулювання двох первинних повітряних потоків таким чином, щоб досягнути оптимального полум'я Як зазначено вище, змішаний первинний повітряний потік в збиральному каналі 15 прискорюється до бажаної швидкості перед введенням його в піч через кільцеве сопло 14 Пилоподібне вугілля і транспортуюче повітря повинні вводитись в піч зі швидкістю, достатньо високою для того, щоб утримати частинки вугілля у завислому стані, при цьому зазначена швидкість не повинна бути занадто високою, щоб не піддати трубки впливу, що спричинює неприйнятний рівень зносу Як правило швидкість буде знаходитися в діапазоні від 25 до 40 м/с В тих випадках, коли пальник використовується у звичайній обертовій печі для виробництва, наприклад, цементного клінкера, КІЛЬКІСТЬ первинного повітря, що вводиться через пальник, як правило, становитиме від 5 до 15 ВІДСОТКІВ теоретично необхідного повітря для горіння Інше повітря для горіння, яке, як правило, називається вторинним повітрям, вводиться в піч без включення пальника в даний процес Досить часто в якості вторинного повітря використовують нагргге охолоджувальне повітря з подальшого охолоджувача матеріалу, причому охолоджувальне повітря, як правило, нагріте до рівня температур близько 1000°С Коли пальник використовується в даних випадках застосування, швидкість введення первинного повітря повинна бути істотно вищою, ніж швидкість вприскування палива, і повинна, як правило, знаходитися в діапазоні від 160 до 200 м/с Коли первинне повітря виходить з сопла 14, воно буде захоплювати гаряче навколишнє вторинне повітря разом з собою, таким чином перемішуючи його з паливом Внаслідок високої температури вторинного повітря, що становить близько 1000°С, паливо буде запалюватися Форма полум'я, що має першорядне значення для забезпечення стійкого виробництва цементного клінкера, може змінюватись шляхом зміни витрати первинного повітря і швидкості його введення та шляхом зміни того ступеня, з яким повітря піддається обертанню Як правило, потрібен помірний ступінь обертання повітряного потоку, і, отже, КІЛЬКІСТЬ первинного повітря, що піддається обертанню при підведенні його через канал 8, як правило, становить від 0 до 35 ВІДСОТКІВ ВІД ВСЬОГО потоку первинного повітря 42116 4 5 6 7 8 9 10 7 A 1 1 1 2 1 3 t . > \ . і 1 . І • 1 . -Г 7 . . . 15 Фіг. 1а З Фіг. 1Ь 42116 12 13 Фіг. 2а Фіг. 2b Фіг. 2с Фіг. 2d 42116 7 8 9 10 11 7A 12 Фіг. За Фіг. ЗЬ Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03 42116