PL193228B1

PL193228B1 - Olejowo-tlenowy palnik wirowy

Info

Publication number: PL193228B1
Application number: PL326184A
Authority: PL
Inventors: Christian Juna Feldermann
Original assignee: Boc Group Plc
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2007-01-31
Also published as: JP3989085B2; JPH10311508A; AU729656B2; US5944507A; CN1199135A; CA2234046C; PL326184A1; ATE268453T1; CA2234046A1; AU6367498A; EP0877202A2; EP0877202A3; ID20539A; RU2212001C2; DE69824233D1; DE69824233T2; NZ330185A; GB9709205D0; ZA983388B; CN1110630C

Abstract

1. Olejowo-tlenowy palnik wirowy sluzacy do spa- lania paliwa plynnego z tlenem, posiadajacy oslone zewnetrzna, zawierajaca krance okreslajace komore spalania, to znaczy pierwszy kraniec wlotowy i drugi kraniec wylotowy, sluzacy do odprowadzania plo- mienia powstajacego w procesie spalania, a ponadto palnik posiada os podluzna i urzadzenia dostarcza- jace paliwo, sluzace do wprowadzania strumienia rozpylonego paliwa przy krancu wlotowym i kierujace go w kierunku kranca wylotowego, oraz urzadzenia dostarczajace tlen, sluzace do wprowadzania tlenu przy krancu wlotowym ikierujace go w kierunku kranca wylotowego, przy czym urzadzenia doprowa- dzajace tlen zawieraja wiele kanalów wylotowych doprowadzajacych tlen, rozmieszczonych wokól urzadzen doprowadzajacych paliwo, oraz nachylo- nych promieniowo do wewnatrz w kierunku kranca wylotowego, znamienny tym, ze kanaly (22) dopro- wadzajace tlen sa usytuowane skosnie w stosunku do osi wzdluznej (X) tworzac wirujacy, zwezajacy sie stozek tlenu, przecinajacy strumien paliwa w pierw- szej strefie, patrzac w kierunku przeciwnym do kie- runku przeplywu plynów, ……………………………… PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest olejowo-tlenowy palnik wirowy, służący do spalania paliwa płynnego, a w szczególności, ale nie wyłącznie, palnik olejowy o niskiej emisji NOx, ponadto wykorzystujący technikę wirową umożliwiającą całkowite lub zasadniczo całkowite spalanie.

Opis patentowy USA nr 3685740 przedstawia olejowo-tlenowy palnik typu strumieniowego, zawierającego cylindryczną komorę spalania, oraz otwarty wlot i płytkę palnika z oddzielnymi otworami dla tlenu i paliwa, stanowiące przeciwne krańce komory spalania. Przedłużona oś podłużna otworu wprowadzającego tlen, zbiega się z wzdłużną osią komory, ale jest przesunięta i nie przecina tej że osi, tak więc punkty na odpowiednich osiach, które w największym stopniu zbliżają się do osi komory, tworzą poprzeczną płaszczyznę pomiędzy płytką palnika, a wylotem komory spalania. Przedłużone podłużne osie otworu doprowadzającego paliwo są zasadniczo równoległe do osi komory tak, aby umożliwić mieszanie się tlenu i paliwa na, jak ipoza płaszczyzną największego zbliżenia. Wprowadzone zostały środki służące do regulowania wzdłużnego położenia płytek palnika, względem osi komory, a przez to położenia płaszczyzny największego zbliżenia, w stosunku do wylotu komory spalania, służące do określania kształtu płomienia odprowadzanego z palnika. Palnik taki ponadto zawiera wodną osłonę chłodzącą, skierowaną w kierunku końcówki palnika, przez co chłodzi wspomnianą końcówkę palnika podczas pracy. Mimo że palnik zdolny jest do wytworzenia kilku różnych kształtów płomienia, kształty te mają tendencje do turbulencji i dlatego są nieodpowiednie dla pewnych zastosowań. Należy także zauważyć, że palnik zaprojektowany jest tak, aby nastąpiło całkowite wymieszanie tlenu i paliwa, tak więc palnik opuszczą gorące całkowicie wypalone gazy spalinowe. W konsekwencji, końcówka palnika wymagać będzie chłodzenia, a całkowita sprawność palnika będzie zmniejszona, przez stratę części energii spalania na rzecz płynu chłodzącego w osłonie chłodzącej. Ponadto, palnik ten jest stosunkowo hałaśliwy i mimo że wytwarza on mniej szkodliwe gazy spalinowe takie jak NOx, niż inne konwencjonalne palniki (takie jak tak zwane palniki dwururowe), jednakże z uwagi na wykorzystywany sposób mieszania tlenu i paliwa, spaliny te są na tyle ważne, że warto się nimi zainteresować. Opis patentowy USA nr 5554022 przedstawia układ, w którym otwory wylotowe tlenu kierują przepływ gazu w kierunku punktu na osi wzdłużnej palnika. Poza tym w rozwiązaniu według tego opisu rozbieżne powierzchnie, przy zakończeniu palnika mają kształt ostrosłupa. Ponadto, palnik przedstawiony w cytowanym opisie posiada zewnętrzne (drugie) powierzchnie odchylone od jego osi głównej pod większym kątem niż powierzchnie wewnętrzne. Chociaż w opisie tym, kąty pochylenia pierwszego i drugiego przewodu, to znaczy kąty pochylenia otworów wylotowych tlenu mają wielkość od 0 do 180°, to jednak jedyny układ właściwie ujawniony w cytowanym opisie dotyczy zewnętrznej powierzchni o kształcie ostrosłupa, odchylonej odosi palnika o kąt większy niż kąt odchylenia wewnętrznej powierzchni o kształcie ostrosłupa. Opis patentowy USA 4475885 ujawnia konstrukcję palnika, w którym powierzchnia wewnętrzna ma kształt stożkowy o stałym kącie pochylenia tworzącej.

Przedmiotem wynalazku jest olejowo-tlenowy palnik wirowy służący do spalania paliwa płynnego z tlenem, posiadający osłonę zewnętrzną zawierającą krańce określające komorę spalania, to znaczy pierwszy kraniec wlotowy i drugi kraniec wylotowy, służący do odprowadzania płomienia powstającego w procesie spalania. Ponadto palnik posiada oś podłużną i urządzenia dostarczające paliwo, służące do wprowadzania strumienia rozpylonego paliwa przy krańcu wlotowym i kierujące go wkierunku krańca wylotowego, oraz urządzenia dostarczające tlen, służące do wprowadzania tlenu przy krańcu wlotowym i kierujące go w kierunku krańca wylotowego. Urządzenia doprowadzające tlen zawierają wiele kanałów wylotowych doprowadzających tlen, rozmieszczonych wokół urządzeń doprowadzających paliwo, oraz nachylonych promieniowo do wewnątrz w kierunku krańca wylotowego.

Istota wynalazku polega na tym, że kanały doprowadzające tlen są usytuowane skośnie w stosunku do osi wzdłużnej palnika tworząc wirujący, zwężający się stożek tlenu, który przecina strumień paliwa w pierwszej strefie, patrząc w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu. Urządzenia doprowadzające paliwo zawierają zasadniczo centralny kanał wylotowy posiadający rozszerzającą się stożkową powierzchnię wewnętrzną, po której przepływa paliwo podczas jego wprowadzania, a rozszerzająca się powierzchnia wewnętrzna zawiera pierwszą rozszerzającą się stożkową powierzchnię wewnętrzną, sąsiadującą ze środkowym otworem wylotowym i przylegającą do niego, i usytuowaną pod większym kątem rozszerzenia w stosunku do osi wzdłużnej niż druga, rozszerzająca się powierzchnia stożkowa. Korzystnie, pierwsza powierzchnia stożkowa usytuowana jest pod kątem b wynoszącym od 15°, do 30° w stosunku do drugiej powierzchni stożkowej, a zwłaszcza od 20°,

PL 193 228 B1 do 25°. Druga powierzchnia stożkowa rozszerza się pod kątem f zawartym pomiędzy 30°, a40° w stosunku do osi wzdłużnej palnika, przy czym korzystnie jest, gdy kąt f znajduje się w przedziale pomiędzy 30° a35°.

W palniku według wynalazku, kanały doprowadzające tlen są nachylone promieniowo do wewnątrz pod kątem a wynoszącym od 5°, do 10°, w stosunku do osi wzdłużnej palnika i skręcone pod kątem q o wartości od 20°, do 30° w stosunku do tej osi, przy czym kanały te i doprowadzające paliwo są zamontowane na płytce palnika wewnątrz komory spalania, a płytka ta jest zamocowana osiowoprzesuwnie wzdłuż osi X, zmieniając osiowe położenie otworów doprowadzających paliwo i tlen wewnątrz komory spalania.

Centralny przewód doprowadzający paliwo oraz pierwsza rozszerzająca się powierzchnia stożkowa stanowią jednorodny element, przymocowany rozłącznie do płytki palnika. Palnik według wynalazku ponadto zawiera wiele kanałów doprowadzających powietrze z wylotu w kierunku płomienia spalania, rozmieszczonych dookoła kanałów doprowadzających tlen.

Kanały doprowadzające powietrze są nachylone promieniowo do wewnątrz w stosunku do osi wzdłużnej palnika i są skręcone w stosunku do osi wzdłużnej wtym samym kierunku co kanały doprowadzające tlen.

Palnik ponadto zawiera urządzenia służące do zmiany wielkości przepływu w jakim powietrze, tlen i/lub paliwo jest dostarczane do, i odprowadzane z palnika.

Na powierzchni „łamanego stożka”, przynajmniej część płynnego paliwa, rozpylana z centralnego przewodu, przemieszcza się po pierwszej powierzchni stożkowej zanim zostanie wyrzucona do głównego strumienia paliwa, w punkcie nieciągłości w którym powierzchnia pierwsza łączy się z drugą, zwiększając mieszanie się tlenu z paliwem płynnym. Przez połączenie aerodynamicznie sterowanego opóźnienia przepływu, mieszanie i laminaryzację przepływu, wraz z wewnętrzną recyrkulacją (to jest wewnątrz płomienia) gazów spalinowych i utleniaczy, odkryto że palnik taki wytwarza mniejsze ilości CO, NOX oraz sadzy, a stożkowaty projekt dyszy znacząco zmniejsza wielkość hałasu ze 120dB znanych ze stanu techniki. Bardzo łatwo jest zmienić kształt płomienia wytwarzanego przez palnik, oraz w wyniku zmniejszenia emisji sadzy powstającej przy pracy palnika (ponieważ gazy spalinowe i utleniacze podlegają wewnętrznej recyrkulacji wewnątrz płomienia, w związku z powstaniem efektu wirowego, wytworzona sadza zostaje spalona bez jakichkolwiek pozostałości w dalszej części płomienia) otrzymujemy bardzo jasny płomień. Palnik wytwarza płomień posiadający obszary spalania: pierwszy, sąsiadujący z wylotem paliwa, będący strefą bogatą paliwowo, oraz drugi, strefa dalsza w której zachodzi główne spalanie, oraz w której wytwarzana jest większość ciepła. To oddalenie strefy spalania głównego od palnika zapobiega przegrzewaniu się palnika, oraz sąsiadujących elementów ogniotrwałych, eliminując potrzebę stosowania chłodzenia wodnego. Podział płomienia na dwa obszary znany jest jako „stopniowanie”, punkt w którym te dwa obszary się spotykają nazywany jest „punktem stopniowania” (ogólnie, im większa jest długość pierwszej strefy w stosunku do strefy drugiej, tym większe jest stopniowanie i odwrotnie). Stopniowanie zmniejszona się odwrotnie proporcjonalnie do wielkości wylotów paliwa i/lub tlenu.

Najkorzystniej palnik działa wtedy gdy prędkości paliwa i tlenu w punkcie stopniowania są w przybliżeniu sobie równe, tak, aby zwiększyć wymieszanie, a przez to zoptymalizować spalanie (i zminimalizować emisję spalin), i/lub zmienić ogólny kształt/długość płomienia. Można to osiągnąć przez zmianę współczynnika prędkości tlenu i paliwa, w wylotach palnika do znajdującego się w przedziale od 1:1 i około 10:1, korzystnie do około 2:1.

Przedmiot wynalazku przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku na którym: fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny, częściowo w przekroju, olejowo-tlenowego palnika wykorzystującego wynalazek, fig. 2 - przekrój poprzeczny bloku palnika przedstawionego na fig. 1, fig. 3 - przekrój bloku z fig. 2 wzdłuż linii T, fig. 4 - widok z tyłu bloku palnika, z kierunku oznaczonego strzałką A z fig. 2, fig. 5 - kolejny przekrój poprzeczny bloku palnika, ponadto ilustruje kształt związanego z nim przepływu, fig. 6 - widok z tyłu bloku palnika, z kierunku oznaczonego strzałką W na fig. 5, fig. 7a - przekrój porzeczny kolejnego przykładu wykonania bloku palnika według wynalazku, fig. 7b - widok z tyłu na blok palnika z fig. 7a, oraz fig. 7c przedstawia przekrój poprzeczny bloku palnika z fig. 7ai7b przystosowanego do spalania paliwa gazowego.

Olejowo-tlenowy palnik 10 przedstawiony w przykładzie wykonania na fig. 1, zawiera rurową lub cylindryczną osłonę 12 posiadającą pierwszy wlot 12a, i wylot 12b służący do odprowadzania płomieniaoosi podłużnej X. Ponadto palnik zawiera centralny przewód 14 dostarczający paliwo, zakończony wylotem 12b, przy którym jest on połączony z wykonanym z nierdzewnej stali blokiem palnika 16,

PL 193 228 B1 najlepiej przedstawionym na fig. 2 do 6. Przewód 14 dostarczający paliwo kończy się zasadniczo centralnym otworem wylotowym 18, umieszczonym na osi Xi posiadającym zasadniczo rozszerzającą się stożkową powierzchnię wewnętrzną 20, po której przepływa wprowadzane zniej paliwo. Ponadto w bloku palnika znajduje się wiele kanałów 22 doprowadzających tlen, nachylonych do wewnątrz w kierunku wylotu 12b, rozmieszczonych dookoła otworu wylotowego 18, dostarczającego paliwo, przy czym otwory te są skręcone względem osi X, przez co wytwarzają stożkowy zwężający się wir tlenu, który przecina strumień paliwa w pierwszej górnej strefie Z1. Patrząc na fig. 1, należy zauważyć, że urządzenia dostarczające tlen zawierają kanał 24, utworzony pomiędzy obudową 12, a przewodem 14 dostarczającym paliwo, przy czym tlen dostarczany jest przez wlot 26 ijest następnie kierowany wzdłuż kanału 24, tak że napotyka tylną powierzchnię 16a płytki palnika 16, w którym to miejscu tlen kierowany jest do wielu doprowadzających tlen kanałów 22, z których każdy kończy się w punkcie znajdującym się na stożkowej powierzchni 20. „Ogólnie rozszerzająca” się stożkowa wewnętrzna powierzchnia 20, w rzeczywistości zawiera dwie rozszerzające się powierzchnie stożkowe 20a, 20b (patrz fig. 2), to znaczy powierzchnię 20a górną, o większym kącie rozszerzenia w stosunku do osi X, niż powierzchnia 20b dolna (kąt pomiędzy tymi dwiema powierzchniami oznaczony został przez b). Na fig. 2, b wynosi około 23°, a kąt rozszerzenia f powierzchni 20b w stosunku do osi X wynosi około 35°. Stożkowe powierzchnie 20a, 20b wzdłuż okręgu korzystnie sąsiadują z kanałami 22 doprowadzającymi tlen, wzdłuż okręgu utworzonego przez środki kanałów 22, tak jak to pokazują figury rysunku.

Podczas pracy, przynajmniej część płynnego paliwa płynie po górnej powierzchni 20a zanim oderwie się na jej połączeniu z powierzchnią dolną 20b, opóźniając swe wejście do głównego strumienia paliwa, zwiększając tym samym jego stopień wymieszania z tlenem.

Z fig. 2 można odczytać, że kanały 22 doprowadzające tlen, są bez wyjątku nachylone do wewnątrz pod kątem a wynoszącym 5 - 10 stopni, w stosunku do osi X, co powoduje że każdy przepływ tlenu jest kierowany promieniowo do wewnątrz tak, że przecina przepływ paliwa opuszczającego wylot 18. Z widoku z boku przedstawionego na fig. 3 można zauważyć, że każdy kanał 22 doprowadzający tlen, jest skręcony pod kątem Q zawartym w przedziale pomiędzy 20, a30 stopni, w stosunku do osi X. Figura 4 przedstawia szczegółowo niewidoczny z zewnątrz, kształt doprowadzających tlen kanałów 22, przebiegających od powierzchni 16a, do powierzchni 20. Kąty pochylenia kanałów 22 doprowadzających tlen, rozchylenie stożkowego kształtu dyszy 20, oraz stosunki prędkości pomiędzy tlenem, a paliwem są bardzo ważne i określają wielkość emisji spalin, oraz kształt płomienia. Odnosząc się teraz szczegółowo do fig. 2 do 6, należy zauważyć że rozchylenie f powierzchni 20b zawierające się pomiędzy 30°, a40° (korzystnie pomiędzy 30° a35°) umożliwi odprowadzenie paliwa z wylotu 18 w rozciągający się i gładki sposób, oraz umożliwi stworzenie stosunkowo długiego, wąskiego, prostego strumienia posiadającego zasadniczo laminarny przepływ. Stoi to w jaskrawej sprzeczności ze znanymi ze stanu techniki układami, w których paliwo jest wprowadzane w sposób, który powodował powstawanie przepływu turbulentnego. Wiele kanałów 22 doprowadzających tlen umieszczonych jest tak, aby kierować strumień tlenu promieniowo do wewnątrz pod kątem a zawierającym się w przedziale od 5° do 10°, w stosunku do osi X tak, aby wywołać opóźnione mieszanie się tlenu ze strumieniem paliwa w strefie Z1, które było utrzymywane w zakresie zasadniczo bogatym w paliwo, podczas gdy strefa Z2 była utrzymywana jako obszar ubogi w paliwo.

Układ posiada zaletę opóźniania tworzenia się obszaru laminarnego, który zaczyna się w punkcie odległym od palnika o około 300 mm do 500 min, co zapobiega przegrzewaniu się palnika, oraz materiałów ognioodpornych otaczających wylot płomieni palnika. W konsekwencji, projekt ten umożliwia utrzymanie początkowej temperatury płomienia poniżej poziomu 1473 K, przez co wodne chłodzenie palnika jest niepotrzebne. Wyższe temperatury można osiągnąć pod warunkiem zastosowania takich stopów jak INCOALLOY, CuproNickel lub Monel 400, lub przy wprowadzeniu chłodzenia wodnego, mimo to chłodzenie wodne, jednocześnie z zastosowaniem materiałów o wysokiej przewodności cieplnej i wysokiej odporności na korozję, takich jak cupro-nikiel, stosowane jest dla całego palnika. Strefa bogata w paliwo Z1 przebiega na długości około 300 mm do 500mmi kończy na początku drugiej, w pewnym stopniu większej, strefy Z2, gdzie zachodzi proces głównego spalania. Rozmiar drugiej strefy Z2 może być regulowany przez zmianę kąta a, oraz cofnięcie dyszy lub płytki palnika 16 wewnątrz osłony lub obudowy 12, w sposób znany ze stanu techniki. Można zauważyć, że kąt a będzie zasadniczo ustalony dla każdego z palników, a zatem pozycja płytki palnika 16 może się zmienić wzdłuż osi X, przez uruchomienie silnika 36 (fig. 1), który z kolei porusza przewód 14 doprowadzający paliwo, oraz płytkę palnika 16, osiowo wzdłuż osi X. Im bardziej płytka palnika 16 jest cofnięta, tym większy będzie to miało wpływ na wylocie 12b, na kształt płomienia, ponieważ efekt wirowy zmniejsza

PL 193 228 B1 się wraz ze wzrostem przesunięcia do tyłu. Takie zmniejszenie efektu wirowego wpływa na zmianę długości i recyrkulacji płomienia, a przez kształt płomienia może być zmieniony tak, aby spełnić konkretne oczekiwania klienta. Jeśli blok palnika 16 jest umieszczony tak, że kończy się w jednej płaszczyźnie wylotem 12b jego wpływ będzie niewielki, jeśli w ogóle wystąpi, a kształt płomienia będzie uzależniony w znacznym stopniu od kształtu, pozycji oraz kątów samych wylotów doprowadzających paliwo i tlen.

Odnosząc się teraz bardziej szczegółowo do fig. 3i4, należy zauważyć, że kanały 22 doprowadzające tlen są także skręcone pod kątem Q w stosunku do podłużnej osi X, tak więc wprowadzają kąt zawirowania strumienia tlenu, który obraca się w kierunku strzałki R, wokół centralnego przepływu paliwa. Kąt Q zawarty pomiędzy 20° i 30°, korzystnie pomiędzy 20° a 25°, powoduje powstanie odpowiedniego wiru wywołującego efekt recyrkulacji w strefie spalania Z2 tak, że wszystkie niepożądane produkty spalania podlegają recyrkulacji i wymieszaniu z pozostałym O2 wcelu całkowitego lub zasadniczo całkowitego ich spalenia, a więc w rezultacie uzyskujemy znaczącą redukcję NOx, CO, oraz sadzy zanim płomień opuści strefę Z2.

Odnosząc się teraz ogólniej ponownie do fig. 1, należy podkreślić, że na wolnym końcu przewodu 14 doprowadzającego paliwo, zastosowano siłownik w postaci silnika 36, oraz układ zębatka koło zębate 38, 40, sterowany wtaki sposób, aby powodować ruch wspomnianego przewodu, oraz płytki palnika 16, wzdłuż osi X, zmieniając osiowe położenie kanałów 18, 22 doprowadzających paliwo i tlen, wewnątrz komory spalania, a przez to zmieniać konfigurację odprowadzającą samego palnika, w sposób znany ze stanu techniki. Pompy 34i42 przedstawione na fig. 1 dostarczają paliwo i tlen do komory spalania, w określonych ilościach iprzy odpowiednim stosunku prędkości tak, aby osiągnąć w przybliżeniu równe prędkości tlenu i paliwa. W praktyce, stosunek prędkości tlen:paliwo, w odpowiadających im wylotach zawarty w przedziale 1:1 do 10:1, zapewni równe prędkości w punkcie stopniowania; w prezentowanym palniku korzystny stosunek prędkości wynosi 2:1.

Podczas pracy, prezentowany palnik redukuje proces tworzenia się tlenków azotu przez połączenie opóźnienia mieszania paliwa z tlenem, wraz z laminaryzacją przepływu oraz początkową recyrkulacją. Sposoby takie powodują „stopniowanie”, lub wytworzenie dwóch obszarów spalania Z1, Z2, to znaczy pierwszego, bardzo bogatego w paliwo, o długości około 300 mm do 500 mm, oraz drugiej większej strefy gdzie zachodzi główne spalanie. Obie strefy posiadają swoje własne charakterystyki, pierwsza, Z1, posiada bardzo niską temperaturę oraz niską jasność, co zapobiega powstawaniu NOX, oraz przegrzewaniu palnika i/lub materiałów ognioodpornych znajdujących się wjego sąsiedztwie, podczas gdy sąsiednia strefa Z12 jest pewnym stopniu gorętsza. Tak jak opisano powyżej, wielkość drugiej strefy Z2 może być regulowana przez ustalenie odpowiedniego kąta pochylenia otworów doprowadzających tlen i cofnięcie płytki dyszy palnika 16 wewnątrz osłony 12. Strefa Z2 jest bardzo jasna, główna część paliwa jest spalana, dzięki, przynajmniej w części, efektowi recyrkulacji wywołanemu przez wirowanie tlenu wokół strumienia paliwa. W konsekwencji uniemożliwia to powstawanie NOX a wytworzona sadza, zwiększając jasność jest spalana bez reszty. Ponadto, ten projekt dyszy może znacząco obniżyć poziom hałasu ze 120dB znanych ze stanu techniki. Kąt promieniowy a kanałów 22 doprowadzających tlen wprowadza charakterystyczne opóźnienie mieszania i przeźroczystą błękitną, początkową część płomienia o niskiej temperaturze, akąt f wprowadza charakterystyczny stopień zawirowania, oraz odpowiednio początkową recyrkulację płomienia kopcącego. Zmiana kąta a zmienia, a przez to reguluje długość płomienia oraz proces powstawania NOx, podczas gdy zmiana kąta f zmienia szerokość płomienia, jego jasność oraz proces powstawania NOx. Wylot 18 doprowadzający paliwo, ma w stosunku do konwencjonalnych palników, dużą średnicę i gwarantuje przynajmniej częściowo, odpowiedni stosunek prędkości pomiędzy prędkościami tlenu i paliwa. Kąt stożka f z przedziału pomiędzy 30° do 40°, korzystnie pomiędzy około 30°, a 35° zapewnia całkowitą stabilizację płomienia dla szerokiej gamy przepływów (to jest „szeroki zakres regulacji”) na równi ze zmniejszeniem poziomu hałasu.

Figury 7a do 7c przedstawiają kolejne wersje przykładu wykonania wynalazku, elementy identyczne do tych już opisanych oznaczone są primem.

Wokół kanału 22' doprowadzającego paliwo znajduje się wiele wylotów 50 doprowadzających powietrze, służących do doprowadzania powietrza lub powietrza o podwyższonej zawartości tlenu do procesu spalania. Wloty 50 doprowadzające powietrze są nachylone w kierunku do wewnątrz wstosunku doosi X, ale pod kątem w pewnym stopniu większym niż a tak, aby skierowane były w stronę płomienia w kierunku połączenia stref pierwszej i drugiej Z1 i Z2 (patrz fig. 5). Wloty powietrza 50 są także skręcone w tym samym kierunku co kanały 22' doprowadzające tlen (patrz fig. 7b) tak, aby do6

PL 193 228 B1 dawał siędo korzystnego efektu wirowego wytworzonego przez skręcenie kanałów 22' doprowadzających tlen. Skręcenie wylotów 50 doprowadzających powietrze, w kierunku przeciwnym do kierunku skręcenia kanałów 22' doprowadzających tlen (nie przedstawiono), może być na równi korzystne przy wzmacnianiu dalekich turbulencji.

W przykładzie wykonania zfig. 7a, urządzenia dostarczające paliwo zawierają układ głowicy 52a (którego przednia część stanowi pierwszą rozszerzającą się powierzchnię stożkową 20a') która jest współosiowa zosią X i rozłączalnie przymocowana do bloku palnika 16'. Jest to szczególnie korzystny układ umożliwiający szybkie zdjęcie układu głowicy 52a, wcelu konserwacji lub naprawy lub zmiany kąta pierwszej rozszerzającej się powierzchni stożkowej, która to operacja może być pożądana przy zmianie rodzaju paliwa dostarczanego do palnika. Na fig. 7c, na przykład, przedstawiony jest układ głowicy 52b, w którym pierwsza rozszerzająca się powierzchnia stożkowa 54ma ten sam kąt b. w stosunku do osi X, co druga powierzchnia 20'; taki układ jest odpowiedni dla spalania paliwa gazowego, dla którego nie ma potrzeby stosowania nieciągłości na wewnętrznej powierzchni stożkowej wcelu wymuszenia oderwania się od niej paliwa.

Poza tym zastosowano znane ze stanu techniki, urządzenia służące do różnicowania przepływu paliwa, tlenu oraz powietrza do, a przez to iz, palnika wcelu ostatecznej regulacji procesu spalania, dla tego konkretnego rozwiązania. Konwencjonalne palniki normalnie wytwarzają długi, „leniwy” płomień, gdy dostarczane jest 21% tlenu (to jest powietrze), oraz turbulentny krótki płomień przy 100% tlenu. Podczas testów odkryliśmy że nasz palnik utrzymuje zasadniczo stałe charakterystyki płomienia dla całego zakresu poziomów wzbogacania tlenem, zwłaszcza długość i szerokość płomienia. Jedynymi zauważalnymi zmianami w płomieniu dla całego zakresu wzbogacania tlenem, dotyczyły temperatury i jasności płomienia.

W dodatku do wyżej wymienionych zalet, palnik wykonany według wynalazku jest szczególnie odpowiedni do zastosowania w aplikacjach związanych z topieniem i wytapianiem materiałów żelazawych i nieżelazawych, takich jak produkcja szkła, oraz do zastosowań w ogólnie w przemyśle metalurgicznym, a w szczególności w piecach łukowych.

Claims

1. Olejowo-tlenowy palnik wirowy służący do spalania paliwa płynnego z tlenem, posiadający osłonę zewnętrzną, zawierającą krańce określające komorę spalania, to znaczy pierwszy kraniec wlotowy i drugi kraniec wylotowy, służący do odprowadzania płomienia powstającego w procesie spalania, a ponadto palnik posiada oś podłużną i urządzenia dostarczające paliwo, służące do wprowadzania strumienia rozpylonego paliwa przy krańcu wlotowym i kierujące go w kierunku krańca wylotowego, oraz urządzenia dostarczające tlen, służące do wprowadzania tlenu przy krańcu wlotowym i kierujące go w kierunku krańca wylotowego, przy czym urządzenia doprowadzające tlen zawierają wiele kanałów wylotowych doprowadzających tlen, rozmieszczonych wokół urządzeń doprowadzających paliwo, oraz nachylonych promieniowo do wewnątrz w kierunku krańca wylotowego, znamienny tym, że kanały (22) doprowadzające tlen są usytuowane skośnie w stosunku do osi wzdłużnej (X) tworząc wirujący, zwężający się stożek tlenu, przecinający strumień paliwa w pierwszej strefie, patrząc w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu płynów, przy czym urządzenia doprowadzające paliwo zawierają korzystnie centralny otwór wylotowy posiadający rozszerzającą się stożkową powierzchnię wewnętrzną (20a, 20b), po której przepływa paliwo podczas jego wprowadzania, a rozszerzająca się powierzchnia wewnętrzna zawiera pierwszą rozszerzającą się stożkową powierzchnię wewnętrzną (20a), sąsiadującą ze środkowym otworem wylotowym i przylegającą do niego, i usytuowaną pod większym kątem rozszerzenia w stosunku do osi (X) niż druga, rozszerzająca się powierzchnia stożkowa (20b).

2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsza powierzchnia stożkowa (20a) usytuowana jest pod kątem (b) wynoszącym od 15°, do 30° w stosunku do drugiej powierzchni stożkowej (20b).

3. Palnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pierwsza powierzchnia stożkowa (20a) usytuowana jest pod kątem (b) wynoszącym od 20°, do 25° w stosunku do drugiej powierzchni stożkowej (20b).

4. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że druga powierzchnia stożkowa (20b) rozszerza się pod kątem (f) zawartym pomiędzy 30°, a 40° w stosunku do osi (X).

PL 193 228 B1

5. Palnik według zastrz. 4, znamienny tym, że kąt ( f) znajduje się w przedziale pomiędzy 30°, a 35°.

6. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kanały (22) doprowadzające tlen są nachylone promieniowo do wewnątrz pod kątem (a) z wynoszącym od 5°, do 10°, w stosunku do osi (X).

7. Palnik według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że kanały (22) doprowadzające tlen są skręcone pod kątem (q) o wartości od 20°, do 30° w stosunku do osi (X).

8. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kanały doprowadzające tlen i paliwo są zamontowane na płytce palnika (16) wewnątrz komory spalania, przy czym płytka ta jest zamocowana osiowo-przesuwnie wzdłuż osi (X), zmieniając osiowe położenie otworów doprowadzających paliwo i tlen wewnątrz komory spalania.

9. Palnik według zastrz. 8, znamienny tym, że centralny przewód (14) doprowadzający paliwo oraz pierwsza rozszerzająca się powierzchnia stożkowa (20a) stanowią jednorodny element, przymocowany rozłącznie do płytki palnika (16).

10. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto zawiera kanały (50) doprowadzające powietrze z wylotu w kierunku płomienia spalania.

11. Palnik według zastrz. 10, znamienny tym, że zawierają wiele kanałów (50) doprowadzających powietrze rozmieszczonych dookoła kanałów (22) doprowadzających tlen.

12. Palnik według zastrz. 11, znamienny tym, że kanały (50) doprowadzające powietrze są nachylone promieniowo do wewnątrz w stosunku do osi (X).

13. Palnik według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że kanały (50) doprowadzające powietrze są skręcone w stosunku do osi (X).

14. Palnik według zastrz. 13, znamienny tym, że kanały (50) doprowadzające powietrze są skręcone w stosunku do osi (X) wtym samym kierunku co kanały (22) doprowadzające tlen.

15. Palnik według zastrz. 10, znamienny tym, że zawiera urządzenia służące do zmiany wielkości przepływu w jakim powietrze jest dostarczane do, i odprowadzane z palnika.

16. Palnik według zastrz. 1 albo 15, znamienny tym, że zawiera urządzenia służące do zmiany wielkości przepływu w jakim tlen i/lub paliwo są dostarczane do, i odprowadzane z palnika.