CZ298443B6

CZ298443B6 - Horák pro nesymetrické spalování

Info

Publication number: CZ298443B6
Application number: CZ20010363A
Authority: CZ
Inventors: P. Finke@Harry; R. McGhee@Martin; T. Kitko@Gregory
Original assignee: Bloom Engineering Company, Inc.
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2007-10-03
Also published as: DE69920234T2; WO2000006946A2; EP1101064A4; CZ2001363A3; DE69920234D1; EP1101064B1; US6471508B1; ES2228080T3; ATE276482T1; EP1101064A2; WO2000006946A3; PL346180A1

Abstract

Horák (10) pro nesymetrické spalování obecne zahrnuje kryt (11) horáku (10) ohranicující prostor (14) horáku (10). Palivové potrubí (30) probíhá podélne v krytu (11) a je umísteno koaxiálne s prímkouvzdálenou od stredové osy (1) horáku (10). Palivové potrubí (30) definuje výstupní otvor (31) paliva. Vzduchové potrubí (36) probíhá v krytu (11) a vymezuje vzduchový otvor (37), na opacné strane stredové osy (1) horáku (10) než je výstupní otvor (31) paliva. Vzduchový otvor (37) je umísten dále odstredové osy (1) horáku (10) než výstupní otvor (31) paliva. Vzduchové potrubí (36) má prurez ve tvaru cásti kruhu. Prepážka (28) je umístena alesponcástecne okolo palivového potrubí (30) a definujevzduchové potrubí (36). Blok (24) výstupního otvoru (31) horáku (10) je propojen s prepážkou (28) aje umísten dále od výstupního otvoru (31) paliva ve smeru toku paliva. Blok (24) výstupního otvoru (31) horáku (10) má bocní stenu (26), která se rozbíhá se stredovou osou (1) horáku (10) s tím, že bocní stena (26) se rozbíhá pod rozširovacím úhlem mezi 2 až 30.degree..

Description

Hořák (10) pro nesymetrické spalování obecně zahrnuje kryt (11) hořáku (10) ohraničující prostor (14) hořáku (10). Palivové potrubí (30) probíhá podélně v krytu (11) a je umístěno koaxiálně s přímkou vzdálenou od středové osy (1) hořáku (10). Palivové potrubí (30) definuje výstupní otvor (31) paliva. Vzduchové potrubí (36) probíhá v krytu (11) a vymezuje vzduchový otvor (37), na opačné straně středové osy (1) hořáku (10) než je výstupní otvor (31) paliva. Vzduchový otvor (37) je umístěn dále od středové osy (1) hořáku (10) než výstupní otvor (31) paliva. Vzduchové potrubí (36) má průřez ve tvaru části kruhu. Přepážka (28) je umístěna alespoň částečně okolo palivového potrubí (30) a definuje vzduchové potrubí (36). Blok (24) výstupního otvoru (31) hořáku (10) je propojen s přepážkou (28) a je umístěn dále od výstupního otvoru (31) paliva ve směru toku paliva. Blok (24) výstupního otvoru (31) hořáku (10) má boční stěnu (26), která se rozbíhá se středovou osou (1) hořáku (10) s tím, že boční stěna (26) se rozbíhá pod rozšiřovacím úhlem mezi 2 až 30°.

Hořák pro nesymetrické spalování

Oblast techniky

Tento vynález se vztahuje k průmyslovým hořákům, zejména k rekuperačním a regeneračním hořákům, které využívají Coandova jevu.

Dosavadní stav techniky

Běžné průmyslové hořáky jsou typicky konfigurovány symetricky. V této symetrické konfigurací je palivové potrubí většinou umístěno axiálně podél osy hořáku a spalovací vzduch je většinou veden těsně kolem obvodu palivového potrubí nebo odpovídajícím vzduchovým vedením symetricky okolo palivového potrubí a odtamtud je radiálně rozdělován. Příklad dosavadního stavu techniky u symetrického průmyslového hořáku je zveřejněn v patentu číslo US 3 876 362 (Hirose). Symetrický neboli „axiální“ hořák popsaný v Hiroseově patentu se pokouší o vyvolání odchýleného toku plynu z hořáku zajišťováním přívodu vzduchu do struktury obkladu hořáku. Kladný axiální hmotnostní tok vzduchu a palivové trysky způsobí recirkulaci POC (products of combustion - spalovací zplodiny) z topeniště do obkladu hořáku. Toto přivádění POC do obkladu hořáku a následné strhávání do toků paliva a vzduchu způsobuje nižší teploty plamene a menší míry tvorby kysličníků dusíku NO_X.

Cílem předkládaného vynálezu je vytvořit hořák, který dosáhne nižších hodnot NO_X než hořáky zveřejněné v Hiroseově patentu.

Dalším cílem předkládaného vynálezu je věnovat se problému ušetření místa v konstrukcích hořáku, zvláště u regeneračních a rekuperačních hořáků.

Ještě dalším cílem předkládaného vynálezu je maximalizovat vzdušné a palivové strhávání zplodin spalování pomocí konfigurace hořáku, která minimalizuje vytváření NO_X.

Podstata vynálezu

Výše uvedené cíle jsou dosaženy hořákem pro nesymetrické spalování, vyrobeném ve shodě se stávajícím vynálezem. Hořák obecně obsahuje kryt hořáku, ohraničující prostor hořáku. Palivové potrubí se táhne podélně v krytu a je umístěno koaxiálně s přímkou vzdálenou od středové osy hořáku. Palivové potrubí definuje výstupní otvor paliva. Vzduchové potrubí se táhne do krytu a definuje vzduchový otvor na protilehlé straně středové osy hořáku, než je výstupní otvor paliva. Vzduchový otvor je s výhodou umístěn dále od středové osy hořáku než výstupní otvor paliva. Vzduchové potrubí může mít průřez ve tvaru kruhové části definované tětivou.

Alespoň částečně kolem palivového potrubí je s výhodou umístěna přepážka a definuje vzduchové potrubí. Přepážka může dále definovat primární stabilizační dutinu, bezprostředně sousedící s výstupním otvorem paliva. Tato dutina může být ve fluidním spojení s palivovým potrubím výstupním otvorem paliva. Dutina může být válcovitého tvaru a koaxiální s palivovým potrubím.

Blok výstupního otvoru hořáku může být spojen s přepážkou a umístěn dále od výstupního otvoru paliva ve směru toku paliva. Blok výstupního otvoru hořáku má s výhodou boční stěnu rozbíhající se od středové osy hořáku. Boční stěna se rozbíhá s výhodou s rozšiřovacím úhlem mezi přibližně 2° a přibližně 30°. Přepážka může oddělovat blok výstupního otvoru hořáku od prostoru hořáku. Potrubí spalovacího plynu se může táhnout prostorem hořáku a může být propojeno s dutinou. Palivové potrubí může být umístěno uvnitř potrubí spalovacího plynu. V potrubí spalova

-1 CZ 298443 B6 čího plynu mohou být umístěny vířící lopatky a mohou být umístěny po obvodu okolo palivového potrubí. Pomocné palivové potrubí se může táhnout prostorem hořáku a může být propojeno s blokem výstupního otvoru hořáku. Pomocné palivové potrubí může definovat pomocný výstupní otvor paliva, vzdálený radiálně od výstupního otvoru paliva a hraničící s blokem výstupního otvoru hořáku. Výstupní otvor paliva může být umístěn na protější straně středové osy hořáku, než je vzduchový otvor.

Prostor hořáku může být alespoň částečně naplněn médiem pro přenos tepla. Alternativně může být prostor hořáku propojen s odchylovacím ventilem uzpůsobeným pro selektivní vpouštění spalovacího plynu do potrubí spalovacího plynu. Stávající vynález také obsahuje metodu nesymetrického spalování.

Další detaily a výhody předkládaného vynálezu budou zjevné z následujícího podrobného popisu ve spojení s doprovodnými výkresy, kde stejná vztahová čísla označují všude stejné části.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je průřez podél podélné osy regeneračního hořáku pro nesymetrické spalování v souladu s prvním provedením předkládaného vynálezu.

Obr. 2 je pohled zepředu na hořák zobrazený na obr. 1.

Obr. 3 je průřez podél podélné osy rekuperačního hořáku pro nesymetrické spalování v souladu s druhým provedením předkládaného vynálezu.

Obr. 4 je pohled zepředu na hořák pro nesymetrické spalování, který má podlouhlý blok výstupního otvoru hořáku v souladu se třetím provedením předkládaného vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 a 2 je ukázán regenerační hořák 10 pro nesymetrické spalování v souladu s prvním provedením předkládaného vynálezu. Hořák 10 obsahuje kryt 11 hořáku. Tento kryt 11 hořáku definuje vstupní otvor 12 primárního vzduchu a ohraničuje prostor 14 hořáku. Vstupní otvor 12 primárního vzduchu je fluidně propojen s prostorem 14 hořáku. Prostor 14 hořáku má volné místo 16 definované nad vrstvou 18 regeneračního média. Vrstva 18 regeneračního média je umístěna v prostoru 14 hořáku a alespoň částečně tento prostor vyplňuje. Vrstva 18 regeneračního média spočívá na sítovém roštu 20 umístěném v prostoru 14 hořáku naproti vstupnímu otvoru 12 primárního vzduchu.

Přepážka 22 je obecně situována mezi prostorem 14 hořáku a blokem 24 výstupního otvoru hořáku. Blok 24 výstupního otvoru hořáku je spojen s přepážkou 22. Boční stěna 26 bloku 24 výstupního otvoru hořáku má předem určený rozšiřovací úhel a, nejlépe mezi přibližně 2° a přibližně 30°. Blok 24 výstupního otvoru hořáku má lineární tloušťku 1 a vnitřní průměr d. Poměr lineární tloušťky k vnitřnímu průměru (1/d) je s výhodou větší nebo roven 0,6 a menší nebo roven 1,0. Přepážka 22 dále zahrnuje čelní plochu 28 přepážky.

Hořák 10 má geometrickou neboli hořákovou osu 1. Palivové potrubí 30 se táhne v podélném směru uvnitř krytu 11 hořáku a je situováno koaxiálně s osou 2, posunutou vzhledem ke geometrické ose 1, což dává hořáku 10 nesymetrické uspořádání, to jest, posunutá osa 2 palivového potrubí 30 je posunuta o určitou vzdálenost od geometrické osy 1 hořáku 10. Palivové potrubí 30 definuje výstupní otvor 31 paliva. Palivové potrubí 30 je v provedení zobrazeném na obr. 1 a 2 vloženo v potrubí 32 spalovacího plynu. Potrubí 32 spalovacího plynu je propojeno

-2CZ 298443 B6 s vnějším zdrojem pro dodávání spalovacího plynu, jako je vzduch nebo topný plyn, jak je popsáno dále.

Přepážka 22 definuje primární stabilizační dutinu 34 bezprostředně ve směru toku paliva za výstupním otvorem 31 paliva. Primární stabilizační dutina 34 je fluidně propojena s palivovým potrubím 30 přes výstupní otvor 31 paliva. Potrubí 32 spalovacího plynu se táhne prostorem 14 hořáku a připojuje se k primární stabilizační dutině 34. Jak je ukázáno na obr. 1, přepážka 22 je umístěna soustředně okolo palivového potrubí 30. Primární stabilizační dutina 34 je s výhodou válcovitého tvaru a koaxiální s palivovým potrubím 30, ale může mít také kónické nebo vyduté boční stěny a může být posunuta vzhledem k palivovému potrubí 30. Přepážka 22 definuje vzduchové potrubí 36, které se táhne do krytu 11 hořáku a je spojeno s prostorem 14 hořáku. Vzduchové potrubí 36 definuje vzduchový otvor 37. Vzduchové potrubí 36 a vzduchový otvor 37 jsou umístěny na opačné straně geometrické osy 1 než je palivové potrubí 30 a výstupní otvor 31 paliva. Vzduchové potrubí 36 a vzduchový otvor 37 jsou s výhodou umístěny dále od geometrické osy 1 hořáku 10 než palivové potrubí 30 a výstupní otvor 31 paliva. Vzduchové potrubí 36 má s výhodou průřez tvaru části kruhu definované tětivou, jak je ukázáno na obr. 2, a obsahuje středovou osu 3. Kromě toho může být palivové potrubí 30 orientováno paralelně nebo rozbíhavě se vzduchovým potrubím 36.

Hořák 10 může být dále vybaven pomocným palivovým potrubím 38. Toto pomocné palivové potrubí 38 definuje pomocný výstupní otvor 39 paliva do bloku 24 výstupního otvoru hořáku. Pomocné palivové potrubí 38 se táhne prostorem 14 hořáku. Jak je vidět na obr. 2, pomocné palivové potrubí 38 a pomocný výstupní otvor 39 paliva jsou radiálně vzdáleny od palivového potrubí 30 a výstupního otvoru 31 paliva. Pomocný výstupní otvor 39 paliva hraničí s blokem 24 výstupního otvoru hořáku. Kromě toho jsou pomocné palivové potrubí 38 a pomocný výstupní otvor 39 paliva s výhodou umístěny na opačné straně geometrické osy 1 než je vzduchové potrubí 36 a vzduchový otvor 37, popsané dříve. Pomocné palivové potrubí 38 má osu 4, jak je vidět na obr. 1.

Čisticí dvířka 40 jsou umístěna ve spodní části hořáku 10 a otevírají se do vrstvy 18 regeneračního média. Plnicí dvířka 42 slouží jako horní sekce hořáku 10 a vytvářejí přístup k vrstvě 18 regeneračního média, za účelem plnění a rovnání této vrstvy 18 regeneračního média. Volné místo 16 je fluidně propojeno s blokem 24 výstupního otvoru hořáku vzduchovým potrubím 36 a vzduchovým otvorem 37. V potrubí 32 spalovacího plynu mohou být umístěny vířící lopatky 44 a mohou být rozloženy po obvodu okolo palivového potrubí 30, jak je zobrazeno na obr. 3. Vířící lopatky 44 jsou ale v provedeních vynálezu ukázaných na obr. 1 a 3 volitelné.

Při provozu vstupuje spalovací vzduch do vstupního otvoru 12 primárního vzduchu a trochu expanduje v prostoru 14 hořáku, aby se mohl šířit sítovým roštem 20. Poté se spalovací vzduch šíří vrstvou 18 regeneračního média a dostává· se do volného místa 16. Palivo vstupuje palivovým potrubím 30 rychlostí zhruba mezi 400 a 1200 stopami (121,9 a 365,7 metry) za sekundu a opouští výstupní otvor 31 paliva podél osy 2 palivového potrubí 30, neboli podél první osy. Spalovací vzduch je urychlován vzduchovým potrubím 36 až na rychlost větší než 250 stop (76,2 metrů) za sekundu a opouští vzduchový otvor 37 podél osy 3 vzduchového potrubí 36, neboli podél druhé osy. Rychlost spalovacího vzduchu v prostoru 14 hořáku bude řádově 40 60 stop (12,2 - 18,3 metrů) za sekundu a ve volném místě 16 řádově 60 - 80 stop (18,3 - 24,4 metrů) za sekundu.

Spalovací vzduch vytéká jako proud vzduchu ze vzduchového otvoru 37 na čelní ploše přepážky 28 do bloku 24 výstupního otvoru hořáku. Podle Coandova jevu bude proud vzduchu směřovat k boční stěně 26 bloku 24 výstupního otvoru hořáku přibližně pod rozšiřovacím úhlem a. Vycházející proud vzduchu a palivo opouštějící výstupní otvor 31 paliva se poté smíchají v otvoru definovaném blokem 24 výstupního otvoru hořáku a vznítí se. Zplodiny spalování ze

-3CZ 298443 B6 spalovacího procesu, které byly částečně ochlazeny tím, že vydaly v procesu teplo, jsou recirkulovány zpět do proudu vzduchu vycházejícího ze vzduchového otvoru 37 a do mezery vytvořené zbývající blokovací částí přepážky 22. Hlavní spalovací vzduch vycházející ze vzduchového otvoru 37 je narušován recirkulovanými zplodinami spalování. Protože je tudíž hlavní spalovací vzduch kontaminován recirkulovanými zplodinami spalování když spalovací vzduch vstupuje do plamene, omezuje teplotu plamene a tím snižuje vznik NO_X. Recirkulované produkty spalování v hlavním spalovacím vzduchu takto působí jako chladič pro stlačování teploty plamene.

Jak je již dříve uvedeno, vzduchové potrubí 36 má ve výhodném provedení průřez ve tvaru části kruhu definované tětivou, jak je vidět na obr. 2. Vzduchový otvor 37 má tudíž také tento tvar. Přepážka 22 působí jako hráz pro udržení vrstvy 18 regeneračního média na místě uvnitř prostoru 14 hořáku v krytu 11 hořáku 10. Geometrie tětivy vzduchového otvoru 37 je výhodná v tom, že vystavuje optimální množství spalovacího vzduchu boční stěně 26 bloku 24 výstupního otvoru hořáku a tudíž optimalizuje výhody Coandova jevu. Stanovení rozměrů tětivy a tudíž i kruhové části budou záviset na parametrech systému ve kterém je hořák 10 využíván s tím, že hlavním návrhovým kritériem je to, že tětiva musí být vhodně umístěna tak, aby se při výstupu ze vzduchového, otvoru 37 do bloku 24 výstupního otvoru hořáku docílilo rychlosti spalovacího vzduchu 250 stop (76,2 metru) za vteřinu nebo více.

Důležitou vlastností stávajícího vynálezu je to, že palivové potrubí 30 a pomocné palivové potrubí 38 se v provozu vzájemně vylučují. To znamená, že ačkoliv hořák 10 může být konstruován s oběma potrubími, pouze jedno z palivového potrubí 30 a pomocného palivového potrubí 38 může být využíváno v daném čase. Když je použito pomocné palivové potrubí 38, palivo je vstřikováno do otvoru definovaného blokem 24 výstupního otvoru hořáku podél osy 4 pomocného palivového potrubí 38, neboli třetí osy.

Při studeném startu hořáku 10, který se provádí, když je teplota pece menší než 1600 °F (871,1 °C), je část spalovacího vzduchu dodávána potrubím 32 spalovacího plynu, buď axiálně nebo přes vířící lopatky 44, zobrazené na obr. 3. Část spalovacího vzduchu je tedy dodávána soustředně okolo proudu paliva, vystřikujícího z výstupního otvoru 31 paliva, v podstatě paralelně. Jak je uvedeno výše, vířící lopatky 44 jsou pro hořáky 10 z obr. 1 a 3 volitelné. Spalovací vzduch přechází od vířících lopatek 44 do primární stabilizační dutiny 34. Palivo je vedeno palivovým potrubím 30 velikou rychlostí, nejlépe větší než 500 stop (152,4 m) za sekundu. Jak je uvedeno výše, může být palivové potrubí 30 paralelní se vzduchovým potrubím 36 nebo od něj může být odkloněno. Odkloněné uspořádání bude zvyšovat zpoždění pro smíchání paliva hořáku a spalovacího vzduchu.

Poté, co se pec zahřeje na teplotu větší než 1600°F (871,1 °C), spalovací vzduch dodaný do potrubí 32 spalovacího plynu je přiškrcen na méně než 5 % stechiometrického požadavku. Vysokorychlostní palivové potrubí 30 vytváří oblasti negativního tlaku v primární stabilizační dutině 34, takže výsledné kouřové plyny jsou vtahovány zpět do primární stabilizační dutiny 34 a narušují proud paliva předtím, než začne spalování v oblasti bloku 24 výstupního otvoru hořáku. Jak je uvedeno dříve, hlavní spalovací vzduch vycházející ze vzduchového otvoru 37 je také kontaminován recirkulovanými zplodinami spalování. Je třeba poznamenat, že primární spalovací vzduch, vstupující do potrubí 32 spalovacího plynu v hořáku 10 na obr. 1, není během studeného startu předehříván.

Dále budou popsány další rysy předkládaného vynálezu, zobrazeného na obr. 1 a 2. Když je celková rychlost prostorem 14 hořáku dost vysoká, aby fluidizovala vrstvu 18 regeneračního média, mohou být umístěny v horní části prostoru 14 hořáku větší a těžší částice z vrstvy 18 regeneračního média tak, aby se zabránilo fluidizaci. Kromě toho, sítový rošt 20 zobrazený na obr. 1 může být nakloněn pod úhlem mezi spojovacími body 50 a 52, aby se dále redukovala velikost hořáku fO. Tato konkrétní varianta je reprezentována čárkovanou čarou 54 na obr. 1. Čisticí dvířka 40, umístěná přilehle k vrstvě 18 regeneračního média, jsou v oblasti nízké teploty

-4CZ 298443 B6 hořáku 10 a následkem toho nevyžadují izolační vrstvu. Volné místo 16 výhodně povoluje vzduchu opouštějícímu vrstvu 18 regeneračního média rovnoměrné rozdělení předtím, než je urychlován vzduchovým potrubím 36. Naopak, pokud je hořák 10 v cyklu odsávání, bude vytlačovat zplodiny spalování zpět vzduchovým otvorem 37 a vzduchovým potrubím 36 do volného místa

16, za účelem rovnoměrného rozložení a průniku přes vrstvu 18 regeneračního média.

Konstrukce hořáku ukázaná na obr. 1 a 2 je výhodná v tom, že potrubí 32 spalovacího plynu a palivové potrubí 30 jsou situovány uvnitř vrstvy 18 regeneračního média. Následkem toho nejsou potrubí 32 spalovacího plynu a palivové potrubí 30 vystavené vysokým teplotám zplodin spalování během cyklu odsávání nebo vysokým teplotám vzduchu během cyklu topení hořáku JO. Proto nepotřebují tyto prvky izolaci. Potrubí 32 spalovacího plynu a palivové potrubí 30 jsou izolovány vrstvou 18 regeneračního média.

S palivem vedeným v ose 2, posunuté vzhledem ke geometrické ose dosáhli vynálezci testovacích výsledků naznačujících, že úroveň emisí NO_X může být zredukována na přibližně 25 % úrovní dosažených hořáky, které mají palivové potrubí umístěné v ose hořáku a mají dva vzduchové otvory, symetricky umístěné okolo palivového potrubí. Výhodný poměr lineární tloušťky 1 mezi čelní plochou příčky 28 a horkou čelní stranou bloku 24 výstupního otvoru hořáku k vnitřnímu průměru d otvoru v bloku 24 výstupního otvoru hořáku na jeho horním konci by měl být roven nebo menší než 1, to jest, 1/d < 1,0. Toto zaručuje, že recirkulované zplodiny spalování jsou dostatečně ochlazovány předtím, než přijdou do kontaktu se spalovacím vzduchem a topným plynem. Navíc to posunuje spalovací reakcí dále od obkladové struktury hořáku, což omezuje vytváření vyzařujícího tepla.

Další varianta předkládaného vynálezu, také zobrazená na obr. 1 a 2, má konstruovaný blok 24 výstupního otvoru hořáku tak, že rozšiřovací úhel a v horní částí bloku 24 výstupního otvoru hořáku blízko vzduchového otvoru 37 je menší než rozšiřovací úhel a na dolním konci bloku 24 výstupního otvoru hořáku blíže k palivovému potrubí 30 a pomocnému výstupnímu otvoru 39 paliva. Toto bude napomáhat lepší recirkulaci zplodin spalování do proudu paliva opouštějícího výstupní otvor 31 paliva nebo pomocný výstupní otvor 39 paliva. Redukovaný rozšiřovací úhel a blízko vzduchového otvoru 37 je na obr. 1 znázorněn čárkovanou čarou 56 a je označen jako úhel a_. Při využívání pomocného palivového potrubí 38 by mohlo být toto pomocné palivové potrubí 38 uspořádáno axiálně nebo konvergentně až do úhlu od 0 do -a°. Uspořádání pomocného palivového potrubí 38 závisí na požadované pozici pro zahájení míchání topného plynu se spalovacím vzduchem v otvoru bloku 24 výstupního otvoru hořáku a do spalovací pece.

Na obr. 3 je zobrazena rekuperační verze hořáku JO, která je podobná regenerativní verzi diskutované výše. V tomto provedení byla vypuštěna vrstva 18 regeneračního média a byl instalován odchylovací ventil 60 v prostoru 14 hořáku, který zajišťuje spojení mezi vnitřkem potrubí 32 spalovacího plynu a prostorem 14 hořáku, za účelem selektivního zavádění spalovacího plynu, jako je vzduch, do potrubí 32 spalovacího plynu. Odchylovací ventil 60 může být řízen motorem 62. Spalovací vzduch vstupuje do vstupního otvoru 12 primárního vzduchu z externího rekuperátoru (není zobrazen). Podrobností o něm jsou dobře známy odborníkům v daném oboru. Odchylovací ventil 60 je otevřen pouze během fáze studeného startu (to jest, při teplotě pece nižší než 1600°F (871,1 °C)). Volný prostor kolem odchylovací ventilu 60 umožňuje předem určený objem propouštění, které dodává přibližně až do 10 % stechiometrického požadavku spalovacího vzduchu potrubím 32 spalovacího plynu, když je odchylovací ventil 60 uzavřen. V rekuperativní verzi hořáku 10 jsou primární vzduch, vzduch vstupující do primární stabilizační dutiny 34 a sekundární vzduch procházející vzduchovým otvorem 37 předehřáté. Vířící lopatky 44 jsou v tomto provedení hořáku 10 také volitelné, jak je uvedeno výše.

Jak bude zřejmé odborníkům v daném oboru, předkládaný vynález je stejně použitelný pro obě aplikace - rekuperační i regenerační. Zda si uživatel vybere rekuperační nebo regenerační verzi

-5CZ 298443 B6 závisí ve značné části na plošném omezení pro pec, se kterou má být hořák 10 používán.

Rekuperační verze obecně potřebuje méně místa než verze regenerační.

Rychlost vzduchuje všude udržována na rychlosti 250 stop (76,2 metrů) za sekundu, nebo větší.

Jakmile teplota v peci přesáhne 1600 °F (871,1 °C), je ukončena dodávka topného plynu potrubím 32 spalovacího plynu. Všechen stechiometrický topný plyn poté opouští, palivové potrubí 30 s rychlostí větší než 500 stop (152,4 metrů) za sekundu.

Obr. 4 ukazuje třetí provedení hořáku 10. Hořák 10 zobrazený na obr. 4 má podlouhlý blok 24 io výstupního otvoru hořáku. Tato konfigurace zajišťuje další oddělení mezi výstupním otvorem 31 paliva a vzduchovým otvorem 37. Toto zvětšené oddělení dovoluje dalšímu kouřovému plynu z pece, aby recirkuloval zpět do oblasti mezi místem, kde proud paliva opouští výstupní otvor 31 paliva a místem, kde tok vzduchu opouští vzduchový otvor 37. Spalování je zahájeno uvnitř stěn pece tradičním způsobem a hořák 10 zobrazený na obr. 5 jinak pracuje v podobném stylu jako 15 hořáky 10 popsané výše. Testování konfigurace zobrazené na obr. 4 ukazuje, že odklonění proudu paliva ve výstupním otvoru 31 paliva od proudu vzduchu o úhel přibližně mezi 3° a 10° napomáhá snížení produkce NO_X, než když jsou proudy paliva a vzduchu paralelní.

Vynálezci testovali rekuperační verzi hořáku 10 zobrazeného na obr. 3. Dále následuje tabulka 20 faktických výsledků testu:

Tabulka 1

a	l/d	Teplota předehřátého vzduchu (°F/^eC)	Teplota pece (°F/°C)	ΝΟχ (PPm)
30°	1	800/426,7	2400/1315,6	25
2,8°	1	800/426,7	2400/1315,6	55
tradiční	1	800/426,7	2400/1315,6	110

Tabulka 1 ukazuje, že pří rozšiřovacím úhlu a = 2,8° byla pozorována 50 % redukce NO_Xv porovnání se symetrickým spalováním, kdy má hořák v tradičním uspořádání palivovou trysku umístěnou axiálně v ose hořáku a dvě symetrické vzduchové trysky radiálně posunuté vzhledem k palivové trysce. Kromě toho, pokud byl rozšiřovací úhel a roven 30°, pak byla redukce NO_Xo 75 % nižší v porovnání se stejným typem symetrického nebo „axiálního“ hořáku. Výsledky pro tradiční přístup za použití tradičního uspořádání jsou pro porovnání zahrnuty v tabulce 1.

Uspořádání vzduchového otvoru 37 ve tvaru částí kruhu vymezeného tětivou je výhodné ze dvou dalších důvodů. Zaprvé, toto uspořádání je jednodušší vytvářet v přepážce 22. Za druhé, konfigurace tětivou zajišťuje lepší hráz pro částice ve vrstvě 18 regeneračního média v regenerační verzi 35 vynálezu.

Další varianty a modifikace výše popsaného vynálezu mohou být uskutečněny bez odklonu od smyslu a rozsahu stávajícího vynálezu. Rozsah stávajícího vynálezu je definován připojenými nároky a jejich ekvivalenty.

Claims

-6CZ 298443 B6

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Hořák pro nesymetrické spalování, zahrnující:

kryt (11) hořáku ohraničující prostor (14) hořáku;

palivové potrubí (30) táhnoucí se podélně v krytu (11) a umístěné koaxiálně s přímkou vzdálenou od středové osy (1) hořáku, kde palivové potrubí (30) definuje výstupní otvor (31) paliva;

vzduchové potrubí (36) táhnoucí se v krytu (11), kde vzduchové potrubí (36) definuje vzduchový otvor (37) na opačné straně středové osy (1) hořáku než je výstupní otvor (31) paliva;

přepážku (22) umístěnou alespoň částečně okolo palivového potrubí (30) a definující vzduchové potrubí (36);

blok (24) výstupního otvoru hořáku propojený s přepážkou (22) a umístěný dále od vzduchového otvoru (37) paliva ve směru toku paliva s tím, že blok (24) výstupního otvoru hořáku má rozbíhající se boční stěnu (26) umístěnou dále od palivového potrubí (30) a vzduchového potrubí (36) ve směru toku paliva a fluidně s nimi propojenou.
2. Hořák podle nároku 1, kde vzduchové potrubí (36) má průřez ve tvaru části kruhu definované tětivou,
3. Hořák podle nároku 1, kde přepážka (22) dále definuje primární stabilizační dutinu (34), bezprostředně sousedící s výstupním otvorem paliva (31), kde tato primární stabilizační dutina (34) je fluidně propojena s palivovým potrubím (30) prostřednictvím výstupního otvoru paliva (31).
4. Hořák podle nároku 3, kde primární stabilizační dutina (34) je válcovitého tvaru a je koaxiální s palivovým potrubím (30).
5. Hořák podle nároku 3, kde blok (24) výstupního otvoru hořáku má boční stěnu (26) rozbíhající se od středové osy (1) hořáku.
6. Hořák podle nároku 1, kde se boční stěna (26) rozbíhá pod rozšiřovacím úhlem mezi 2° a 30°.
7. Hořák podle nároku 3, kde přepážka (22) odděluje blok (24) výstupního otvoru hořáku od prostoru (14) hořáku a kde potrubí (32) spalovacího plynu se táhne prostorem (14) hořáku a je spojeno s primární stabilizační dutinou (34) a palivové potrubí (30) je umístěno uvnitř potrubí (32) spalovacího plynu.
8. Hořák podle nároku 7, dále zahrnující vířivé lopatky (44) umístěné v potrubí (32) spalovacího plynu a umístěné po obvodu okolo palivového (30) potrubí.
9. Hořák podle nároku 1, dále zahrnující pomocné palivové potrubí (38) táhnoucí se prostorem (14) hořáku a spojené s blokem (24) výstupního otvoru hořáku, kde toto pomocné palivové potrubí (38) definuje pomocný výstupní otvor (39) paliva vzdálený radiálně od výstupního otvoru (31) paliva a hraničící s blokem (24) výstupního otvoru hořáku.
10. Hořák podle nároku 9, kde je pomocný výstupní otvor (39) paliva umístěn na opačné straně středové osy (1) hořáku než je vzduchový otvor (37).
11. Hořák podle nároku 1, kde je prostor (14) hořáku alespoň částečně vyplněn médiem přenášejícím teplo.

-7CZ 298443 B6
12. Hořák podle nároku 1, kde je prostor (14) hořáku spojen s odchylovacím ventilem (60) uzpůsobeným pro selektivní vpouštění spalovacího plynu do potrubí (32) spalovacího plynu.
13. Hořák podle nároku 1, kde vzduchový otvor (37) je umístěn ve větší vzdálenosti od středové osy (1) hořáku než výstupní otvor (31) paliva.
14. Hořák podle nároku 13, kde vzduchové potrubí (36) má průřez ve tvaru části kruhu definované tětivou.
15. Hořák podle nároku 13, kde přepážka (22) dále definuje primární stabilizační dutinu (34), bezprostředně sousedící s výstupním otvorem (31) paliva, kde tato primární stabilizační dutina (34) je fluidně propojena s palivovým potrubím (30) prostřednictvím výstupního otvoru (31) paliva.
16. Hořák podle nároku 15, kde blok (24) výstupního otvoru hořáku má boční stěnu (26) rozbíhající se od středové osy (1) hořáku.
17. Hořák podle nároku 16, kde se boční stěna (26) rozbíhá pod rozšiřovacím úhlem mezi 2° a 30°.
18. Hořák podle nároku 15, kde přepážka (22) odděluje blok (24) výstupního otvoru hořáku od prostoru (14) hořáku a kde potrubí (32) spalovacího plynu se táhne prostorem (14) hořáku aje spojeno s primární stabilizační dutinou (34) a palivové potrubí (30) je umístěno uvnitř potrubí (32) spalovacího plynu.
19. Hořák podle nároku 13, dále zahrnující pomocné palivové potrubí (38) táhnoucí se prostorem (14) hořáku a spojené s blokem (24) výstupního otvoru hořáku, kde toto pomocné palivové potrubí (38) definuje pomocný výstupní otvor (39) paliva vzdálený radiálně od výstupního otvoru (31) paliva a hraničící s blokem (34) výstupního otvoru hořáku.

2 výkresy