PL217183B1 - Sposób niskoemisyjnego spalania gazów odpadowych, zwłaszcza niskokalorycznych w komorach spalania przemysłowych urządzeń energetycznych i układ do niskoemisyjnego spalania gazów odpadowych, zwłaszcza niskokalorycznych w komorach spalania przemysłowych urządzeń energetycznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób niskoemisyjnego spalania gazów odpadowych, zwłaszcza niskokalorycznych w komorach spalania przemysłowych urządzeń energetycznych oraz układ do stosowania tego sposobu, znajdujący zastosowanie zwłaszcza w komorach spalania: pieców stalowniczych i hutniczych oraz kotłów grzewczych i kotłów energetycznych.

Znany jest z opisu patentowego nr PL139980 sposób spalania niskokalorycznych gazów odpadowych polegający na mieszaniu gazu niskokalorycznego, gazu pełnowartościowego i powietrza oraz wprowadzaniu tej mieszaniny stycznie do ścianek komory spalania, a następnie zawirowaniu i spalaniu, w którym mieszaninę gazu pełnowartościowego z gazem niskokalorycznym podgrzewa się do temperatury 973 do 1173° K, a podgrzaną mieszaninę podaje się zawirowaniu i spalaniu w komorze spalania, zaś wytworzonymi spalinami ogrzewa się mieszaninę gazów wypływających do komory spalania, a następnie odprowadza się je do urządzenia odzysknicowego. W tym samym opisie patentowym przedstawiono palenisko do spalania niskokalorycznych gazów odpadowych zawierające komorę spalania oraz oddzielne palniki na gazy nisko kaloryczne i gaz pełnowartościowy oraz dyszę powietrza zamontowaną stycznie do wewnętrznej powierzchni komory spalania, która zamknięta jest z jednej strony czołową ścianką, a z drugiej strony jest otwarta i połączona z nawrotną komorą i łączy się z pierścieniowa grzewczo dopalającą komorą z drugiej strony połączoną poprzez stożkową część z komorą dopalania z gardzielą, przy czym komora spalania umocowana jest centrycznie w palenisku za pomocą promieniowych wsporników. W odmianie tego paleniska w komorze spalania usytuowane są co najmniej dwa palniki na gaz niskokaloryczny i co najmniej jeden palnik na gaz pełnowartościowy, przy czym palniki na gaz niskokaloryczny i palniki na gaz pełnowartościowy oraz dysza powietrzna rozmieszczone są symetrycznie i usytuowane symetrycznie w wewnętrznej cylindrycznej powierzchni komory spalania.

Zadaniem technicznym do rozwiązania jest niskoemisyjna utylizacja gazów odpadowych, zwłaszcza o niskiej wartości opałowej, trudno palnych, o dużym stężeniu zanieczyszczeń, dużej wilgotności, jak również przetworzenie energii zawartej w gazach odpadowych w energię cieplną przy minimalnych zapotrzebowaniu paliwa pełnowartościowego jako paliwa podtrzymującego proces spalania.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że do komory powietrza doprowadza się ciągły strumień powietrza, podawany z prędkością do 20 m/s i temperaturze od 0 do 600°C, korzystnie powyżej 300°C, które następnie podaje się do co najmniej jednego pierwszego segmentu spalania, w którym prędkość powietrza zwiększa się do około 80 m/s i gdzie poddaje się je mieszaniu z pełnowartościowym paliwem, które podawane jest z prędkością do 25 m/s, korzystnie 15 m/s, za pomocą co najmniej jednej dyszy, po czym dokonuje się zapłonu tej mieszaniny za pomocą co najmniej jednego palnika pilotującego, który inicjuje i podtrzymuje płomień, z kolei uzyskane w ten sposób gorące spaliny ogrzewają kolejne segmenty układu spalania, gdy temperatura mierzona na ścianach układu spalania, w trzecim segmencie spalania osiągnie temperaturę powyżej 550°C podaje się do co najmniej jednego pierwszego segmentu spalania co najmniej jedną dyszą gaz odpadowy z prędkością do 25 m/s, korzystnie 15 m/s, w ilości do 30%, korzystnie około 17%, całkowitego jego strumienia przeznaczonego do spalenia, który miesza się z płonącymi spalinami powstałymi ze spalania paliwa pełnowartościowego, następnie gdy temperatura mierzona na ścianach układu spalania, w trzecim segmencie spalania, osiągnie temperaturę powyżej 650°C, podaje się do co najmniej jednego drugiego segmentu spalania, co najmniej jedną dyszą gaz odpadowy z prędkością do 30 m/s, korzystnie 15 m/s, w ilości do 50%, korzystnie około 33% całkowitego jego strumienia przeznaczonego do spalenia, po czym odpowiednio gdy temperatura mierzona na ścianach układu spalania w trzecim segmencie spalania osiągnie temperaturę powyżej 800°C do spalin, których prędkość na wejściu do trzeciego segmentu układu spalania wynosi 120 m/s, korzystnie 90 m/s i w których znajduje się powietrze w ilości bliskiej stechiometrycznemu procesowi spalania paliwa pełnowartościowego i gazu odpadowego dostarczanego w pierwszym, drugim i trzecim segmencie spalania, wprowadza się co najmniej jedną dyszą pozostałą część strumienia gazu odpadowego z prędkością do 100 m/s, korzystnie 80 m/s, w ilości do 75%, korzystnie około 50%, strumienia gazu odpadowego, a następnie w czwartym segmencie spalania wprowadza się co najmniej dwoma dyszami umieszczonymi na ścianach komory spalania ostatnią część powietrza z prędkością do 200 m/s, korzystnie 100 m/s i temperaturze od 0 do 600°C, korzystnie powyżej 300°C w ilości do 50%, korzystnie 30% całkowitego strumienia powietrza wprowadzonego do układu spalania, a spaliny przemieszczają się w trzecim i czwartym segmencie układu spalania ze

PL 217 183 B1 średnią objętościową prędkością od kilku od kilkunastu m/s, w temperaturze strumienia spalin wynoszącej co najmniej 800°C i nieprzekraczającej 1300°C.

W pierwszej odmianie sposobu w trzecim segmencie spalania strumień gazu odpadowego wprowadza się do układu spalania co najmniej jedną dyszą skierowaną pod kątem zawartym od 0 do 90° względem podłużnej osi układu spalania w zależności do własności fizyczno chemicznych paliwa.

W układzie pierwszy segment układu spalania posiada postać walcowego cylindra wewnątrz, którego umieszczony jest co najmniej jeden palnik pilotujący oraz co najmniej jedna dysza paliwa pełnowartościowego i co najmniej jedna dysza gazu odpadowego usytuowane w osi równoległej do stycznej przekroju poprzecznego walcowego cylindra. Przy czym wejście pierwszego segmentu układu spalania połączone jest z komorą powietrza zasilającego, a z drugiej strony poprzez przewężenie łączy się z wejściem drugiego segmentu układu spalania. Drugi segment układu spalania posiada postać walcowego cylindra, w którym umieszczona jest co najmniej jedna dysza gazu odpadowego usytuowana w osi równoległej do stycznej przekroju walcowego cylindra, natomiast wyjście tego segmentu układu spalania poprzez przewężenie połączone jest z wejściem trzeciego segmentu układu spalania. W jednym cylindrze znajdują się trzeci oraz czwarty segment układu spalania, tak że jedną część cylindra, którą stanowi trzeci segment układu spalania, gdzie osadzone są co najmniej jedna dysza gazu odpadowego oraz co najmniej jeden czujnik temperatury układu spalania, natomiast drugą część cylindra, która stanowi czwarty i zarazem ostatni segment układu spalania, gdzie osadzone są co najmniej dwie dysze powietrza.

W pierwszej odmianie układu, komora powietrza połączona jest z podgrzewaczem powietrza poprzez przepustnice regulacyjną.

W drugiej odmianie układu, w pierwszym segmencie układu spalania każda dysza paliwa pełnowartościowego połączona jest z zasilaczem paliwa pełnowartościowego poprzez przepustnice regulacyjną.

W trzeciej odmianie układu, w pierwszym segmencie układu spalania każda dysza paliwa odpadowego połączona jest z zasilaczem paliwa odpadowego poprzez przepustnice regulacyjną.

W czwartej odmianie układu, w drugim segmencie układu spalania każda dysza gazu odpadowego połączona jest z zasilaczem gazu odpadowego poprzez przepustnice regulacyjną.

W piątej odmianie układu, w trzecim segmencie układu spalania każda dysza gazu odpadowego połączona jest z zasilaczem gazu odpadowego poprzez przepustnice regulacyjną.

W szóstej odmianie układu w czwartym segmencie układu spalania każda dysza powietrza połączona jest z podgrzewaczem powietrza poprzez przepustnice regulacyjną.

W siódmej odmianie układu element sterujący połączony jest z czujnikami temperatury oraz z przepustnicą regulacyjną dysz paliwa pełnowartościowego, przepustnicami regulacyjnymi dysz gazu odpadowego, przepustnicą regulacyjną dysz powietrza dostarczanego do czwartego segmentu spalania oraz przepustnicą regulacyjną przewodu doprowadzającego powietrze do komory powietrza.

W ósmej odmianie układ ma co najmniej jedną gałąź, w której szeregowo połączone są pierwszy segment, drugi segment oraz trzeci segment układu spalania, jednocześnie wyjście każdej z gałęzi połączone jest ze wspólnym czwartym segmentem układu spalania.

Dzięki wynalazkowi następuje utylizowanie gazu odpadowego, podczas bezpiecznego i stabilnego procesu spalania przy zachowaniu wysokiej sprawności energetycznej układu i ekstremalnie niskiej emisji CO i NOx.

Ponadto układ spalania, ze względu na połączenie różnych technologii spalania, pozwala na:

- spalanie paliw gazowych odpadowych o bardzo niskiej i zmiennej wartości opałowej,

- spalanie paliw gazowych odpadowych o zmiennym strumieniu, ciśnieniu i składzie, w szerokim zakresie tych parametrów, bez wpływu na jakość procesu spalania,

- bardzo małe zużycie paliwa pełnowartościowego, na poziomie około 10% energii dostarczanej do układu. W przeliczeniu na strumienie, udział gazu ziemnego jako paliwa pełnowartościowego o ₃ wartości opałowej 28,58 MJ/Nm³ stanowi niespełna 1% strumienia gazu gardzielowego użytego jako ₃ gaz odpadowy o wartości opałowej na poziomie 2 MJ/Nm³.

W rozwiązaniu wg wynalazku stabilizacja płomienia oparta jest o aerodynamikę procesu, prowadzonego z ustalonymi prędkościami i kierunkiem podawania powietrza, paliwa pełnowartościowego oraz utylizowanych gazów odpadowych w poszczególnych strefach spalania oraz stabilizację temperaturową. Znacząca część procesu spalania prowadzona jest w semi-adiabatycznej komorze spalania powyżej temperatury samozapłonu mieszaniny.

PL 217 183 B1

Wynalazek w przykładzie wykonania objaśniono na rysunku, na którym, na fig. 1 przedstawiono schemat ideowy układu realizującego sposób, fig. 2 - fragment układ spalania przedstawiający pierwszy i drugi segment układu spalania oraz lance z dyszą trzeciego segmentu układu spalania w rzucie izometrycznym, fig. 3 - fragment układ spalania przedstawiający pierwszy i drugi segment układu spalania oraz lance z dyszą trzeciego segmentu układu spalania w widoku z góry, fig. 4 - fragment układ spalania przedstawiający pierwszy i drugi segment układu spalania oraz lance z dyszą trzeciego segmentu układu spalania w przekroju A-A.

W sposobie, w którym poddaje się spalaniu mieszaninę powietrza, paliwa pełnowartościowego i gazu odpadowego do komory powietrza doprowadza się ciągły strumień powietrza z prędkością do 20 m/s i temperaturze od 0 do 600°C, korzystnie 300°C, które następnie podaje się do pierwszego segmentu spalania, gdzie powietrze zwiększa prędkość do około 80 m/s, gdzie poddaje się je mieszaniu z pełnowartościowym paliwem, które podawane jest z prędkością do 25 m/s, korzystnie 15 m/s za pomocą co najmniej jednej dyszy, po czym dokonuje się zapłonu tej mieszaniny za pomocą co najmniej jednego palnika pilotującego, który inicjuje i podtrzymuje płomień, z kolei uzyskane w ten sposób gorące spaliny ogrzewają kolejne segmenty układu spalania, gdy temperatura mierzona na ścianach układu spalania w trzecim segmencie spalania, osiągnie średnią temperaturę powyżej 550°C podaje się do pierwszego segmentu spalania co najmniej jedną dyszą gaz odpadowy z prędkością do 25 m/s, korzystnie 15 m/s, w ilości do 30%, korzystnie 17% całkowitego jego strumienia przeznaczonego do spalenia, który miesza się z płonącymi spalinami powstałymi ze spalania paliwa pełnowartościowego, następnie gdy temperatura mierzona na ścianach układu spalania w trzecim segmencie spalania osiągnie średnią temperaturę powyżej 650°C podaje się do drugiego segmentu spalania co najmniej jedną dyszą gaz odpadowy z prędkością do 25 m/s, korzystnie 15 m/s, w ilości do 50%, korzystnie 33% całkowitego jego strumienia przeznaczonego do spalenia, po czym odpowiednio gdy temperatura mierzona na ścianach układu spalania, w trzecim segmencie spalania osiągnie średnią temperaturę powyżej 800°C do spalin, których prędkość na wejściu do trzeciego segmentu układu spalania wynosi 120 m/s, korzystnie 90 m/s i w których znajduje się powietrze w ilości bliskiej stechiometrycznemu procesowi spalania paliwa pełnowartościowego i gazu odpadowego dostarczanego w pierwszym, drugim i trzecim segmencie spalania, wprowadza się co najmniej jedną dyszą pozostałą część strumienia gazu odpadowego z prędkością do 100 m/s, korzystnie 80 m/s w ilości do 70%, korzystnie 50%, strumienia gazu odpadowego, a następnie w czwartym segmencie spalania wprowadza się co najmniej dwoma dyszami umieszczonymi na ścianach komory spalania ostatnią część powietrza z prędkością do 200 m/s, korzystnie 100 m/s. i temperaturze od 0 do 600°C, korzystnie powyżej 300°C w ilości do 50%, korzystnie 30% całkowitego strumienia powietrza wprowadzonego do układu spalania, a spaliny przemieszczają się w trzecim i czwartym segmencie układu spalania ze średnią objętościową prędkością od kilku od kilkunastu m/s, w temperaturze strumienia spalin wynoszącej co najmniej 800°C i nieprzekraczającej 1300°C.

W odmianie sposobu w trzecim segmencie spalania strumień gazu odpadowego wprowadza się do układu spalania co najmniej jedną dyszą skierowany pod kątem zawartym od 0 do 90° względem podłużnej osi układu spalania w zależności do własności fizyczno chemicznych paliwa. Układ według wynalazku zbudowany jest z komory 1 powietrza zasilającego, układu spalania 2 z segmentami 3, 4, 5 i 23 połączonymi ze sobą posobnie, palnika pilotującego 12, dysz paliwa pełnowartościowego 9, dysz gazu odpadowego 6, 7, i 8, dysz powietrza 11, podgrzewacza powietrza 13, zasilacza paliwa pełnowartościowego 15, zasilacza gazu odpadowego 14, przepustnic regulacyjnych 16, 17, 18, 19, 20 i 21, czujników temperatury 22 charakteryzuje się tym, że pierwszy segment 3 układu spalania 2 posiada postać walcowego cylindra wewnątrz, którego umieszczony jest co najmniej jeden palnik pilot ujący 12 oraz co najmniej jedna dysza paliwa pełnowartościowego 9 i co najmniej jedna dysza gazu odpadowego 6 usytuowane w osi równoległej do stycznej przekroju poprzecznego walcowego cylindra, przy czym z jednej strony pierwszy segment 3 układu spalania 2 połączony jest z komorą 1 powietrza zasilającego, a z drugiej strony poprzez przewężenie łączy się z wejściem drugiego segmentu 4 układu spalania 2, drugi segment 4 układu spalania 2 posiada postać walcowego cylindra, w którym umieszczona jest co najmniej jedna dysza gazu odpadowego 7 usytuowana w osi równoległej do stycznej przekroju walcowego cylindra, natomiast wyjście drugiego segmentu układu spalania poprzez przewężenie połączone jest z wejściem trzeciego segmentu 5 układu spalania 2. W jednym cylindrze znajdują się trzeci segment 5 oraz czwarty segment 23 układu spalania 2 tak, że jedną część cylindra, którą stanowi trzeci segment 5 układu spalania 2, gdzie osadzona jest co najmniej jedna dysza gazu odpadowego 8 oraz co najmniej jeden czujnik temperatury 22 układu spalania, natomiast drugą część

PL 217 183 B1 cylindra, która stanowi czwarty segment 23 układu spalania 2 gdzie osadzone są co najmniej dwie dysze powietrza 11.

W pierwszej odmianie układu komora 1 powietrza zasilającego połączona jest z podgrzewaczem powietrza 13 poprzez przepustnice regulacyjną 21. W drugiej odmianie układu w pierwszym segmencie 3 układu spalania 2 każda dysza paliwa pełnowartościowego 9 połączona jest z zasilaczem paliwa pełnowartościowego 15 poprzez przepustnice regulacyjną 16.

W trzeciej odmianie układu w pierwszym segmencie układu spalania 3 każda dysza paliwa odpadowego 6 połączona jest z zasilaczem paliwa odpadowego H poprzez przepustnice regulacyjną 17.

W czwartej odmianie układu w drugim segmencie 4 układu spalania 2 każda dysza gazu odpadowego 7 połączona jest z zasilaczem gazu odpadowego 14 poprzez przepustnice regulacyjną 18.

W piątej odmianie układu w trzecim segmencie 5 układu spalania 2 każda dysza gazu odpadowego 8 połączona jest z zasilaczem gazu odpadowego 14 poprzez przepustnice regulacyjną 19.

W szóstej odmianie układu w czwartym segmencie 23 układu spalania 2 każda dysza powietrza 11 połączona jest z podgrzewaczem powietrza 13 poprzez przepustnice regulacyjną 20.

W siódmej odmianie układu element sterujący 24 połączony jest z czujnikami temperatury 22 oraz przepustnicą regulacyjną 16 dysz paliwa pełnowartościowego 9, przepustnicami regulacyjnymi 17, 18, 19 dysz gazu odpadowego 6, 7, 8, przepustnicą regulacyjną 20 dysz powietrza 11 dostarczanego do czwartego segmentu spalania 23 oraz przepustnicą regulacyjną 21 przewodu doprowadzającego powietrze 10 do komory powietrza 1. W ósmej odmianie układ ma co najmniej jedną gałąź, w której szeregowo połączone są pierwszy segment 3, drugi segment 4 oraz trzeci segment 5 układu spalania 2, jednocześnie wyjście każdej z gałęzi połączone jest ze wspólnym czwartym segmentem 23 układu spalania 2. Przedstawiono jedną z realizacji technicznych sposobu i układu spalania gazu odpadowego, występującego w postaci, współspalania gazu gardzielowego z gazem ziemnym jako paliwem pełnowartościowy z wykorzystaniem powstałej w tym procesie energii cieplnej w postaci pary wysoko-parametrycznej. Gaz gardzielowy jako paliwo odpadowe powstaje w procesie wytapiania kamienia miedziowego w piecach szybowych. Z uwagi na swą toksyczność, gaz gardzielowy, nie może być bezpośrednio odprowadzany do atmosfery. Utylizacja gazu gardzielowego polega na jego wysoko-temperaturowym spaleniu, przy jednoczesnym zminimalizowaniu zużycia gazu ziemnego jako paliwa podtrzymującego proces. Instalacja została przygotowana do pracy z gazem gardzielowym, charakteryzującym się zmienną się w czasie rzeczywistym: wartością opałową, zawartością głównych składników gazu, ilością i rodzajem zan ieczyszczeń, wilgotnością i ciśnieniem. Utylizacja gazu gardzielowego odbywa się poprzez proces spalania w niechłodzonej komorze spalania. Wymiary komory spalania dobrano tak, aby spełnić warunki co do minimalnego czasu przebywania spalin w układzie, około kilku sekund, jak i maksymalnych prędkości przepływu spalin w układzie spalania, nie więcej niż kilka metrów na sekundę. Minimalna temperatura pracy układu spalania została ustalona na poziomie 800°C, jest to temperatura gwarantująca spalanie gazów niskokalorycznych. Temperatura w układzie regulowana jest za pomocą ilości dostarczanego gazu ziemnego. Spadek temperatury w układzie poniżej 800°C powoduje wzrost strumienia gazu ziemnego, natomiast jej wzrost powyżej tego progu, skutkuje zmniejszeniem poboru gazu ziemnego do przepływu minimalnego, zapewniającego stabilną i pewną pracę, to jest około 20% przepływu znamionowego. Układ spalania wyposażono w palniki dwu paliwowe wielostopniowe zasilane niezależnymi układami dostarczania mediów, co pozwala na niezależną pracę poszczególnych palników. W oparciu o strumień dostarczanej ilości gazu gardzielowego oraz gazu ziemnego odpowiednio steruje się dostarczaną ilością powietrza. Ponadto ostateczna zawartość tlenu podlega kontroli przez analizatory umieszczone poza układem spalania od strony odbioru ciepła. Za układem utylizacji gazu znajduje się kocioł odzysknicowy, za którym znajduje się wentylator spalin, który utrzymuje stałe podciśnienie w układzie spalania oraz wyprowadza spaliny do układu odsiarczania spalin. Regulacja ilości gazu gardzielowego dostarczanego do układu spalania odbywa się za pomocą trzech przepustnic regulacyjnych, każda z przepustnic odpowiada za regulację przepływu gazu gardzielowego w danym segmencie spalania. Pomiar strumienia objętości gazu gardzielowego realizowany jest za pomocą elementów spiętrzających, zwanych anubarami.

Wymagane ciśnienie w rurociągu zasilającym układ spalania wynosi od 2 kPa do 12,5 kPa. Nominalnie ₃ ciśnienie to wynosi 4,5 kPa dla nominalnego przepływu gazu gardzielowego 21.666 Nm³/h na palnik, co ₃ przy zainstalowanych trzech palnikach daje 65.000 Nm³/h, przy podciśnieniu w komorze spalania równym 0,1 kPa. Powietrze ogrzane w rekuperatorze do temperatury do 350°C rozdziela się na dwa strumienie: pierwszy strumień zasilający pierwszy, drugi i trzeci segment spalania oraz drugi strumień zasilający czwarty segment spalania. Pierwszy strumień powietrza do spalania w ilości około 70% całkowitej

PL 217 183 B1 objętości strumienia powietrza dostarczany jest do wnętrza układu spalania poprzez palniki. Ciśnienie powietrza wymagane do poprawnej pracy palników wynosi od 2,5 kPa do 7 kPa nominalnie 5 kPa, ₃ a natężenie przepływu dla każdego palnika wynosi około dziesięciu tysięcy Nm³/h. dla znamionowych warunków pracy palnika. Drugi strumień powietrza dostarczany jest bezpośrednio do układu spalania, do czwartego segmentu spalania, za pomocą od 2 do 6 dysz, usytuowanych na bocznych ścianach komory spalania, wywołując dodatkowe zawirowanie mas gazów wewnątrz komory. Ciśnienie powietrza wymagane do poprawnej pracy czwartego segmentu spalania wynosi od 2,5 kPa do 7 kPa, nomi₃ nalnie 5 kPa, a nominalny strumień powietrza dla tego segmentu spalania wynosi kilka tysięcy Nm³/h. Taki sposób dostarczania powietrza do układu w czwartym segmencie spalania, zwiększa intensywność wytworzonego wiru a tym samym wydłuża czas przebywania spalin w komorze spalania. Dzięki podzieleniu strumieni powietrza uzyskujemy wzrost temperatury w trzecim segmencie spalania, niezbędny do intensyfikacji procesu spalania gazu gardzielowego Drugi strumień powietrza dostarczany do czwartego segmentu spalania dochodzi do 30% całkowitej objętości strumienia dostarczanego powietrza do układu. Ilość powietrza jest regulowana za pomocą przepustnic regulacyjnych, na podstawie prowadzonych pomiarów. W przypadku mniejszego zapotrzebowania na powietrze w czwartym segmencie spalania lub z uwagi na niższą moc układu, powietrze dostarcza się tylko do wybranych dysz, co zapewnia utrzymanie odpowiednich prędkości w szerokim zakresie zmian pracy układu.

W układzie według wynalazku proces spalania gazu gardzielowego z gazem ziemnym prowadzony jest wielostopniowo w trzech palnikach dwupaliwowych. Schemat ideowy procesu spalania przedstawiony jest na fig. 1. W pierwszym segmencie 3 układu spalania 2 powietrze pierwszego stopnia spalania doprowadzane jest poprzez komorę powietrza 1. Prostopadle do strumienia powietrza i stycznie do ścian pierwszego segmentu 3 spalania dostarczany jest gaz ziemny poprzez dysze 9. Powstała mieszanka zapalana jest za pomocą palnika pilotującego 12. Aby do układu spalania 2 można dostarczyć strumień gazu ziemnego przez dysze 9 musi pracować palnik pilotujący 12. Po uruchomieniu palnika pilotującego 12 wskazany jest kilku minutowy okres czasu zanim zostanie podany z zasilacza 15 gaz ziemny. Kilka sekund od rozpoczęcia dostarczania gazu ziemnego do dysz 9 kontrola obecności płomienia realizowana jest za pomocą sondy UV 25 zainstalowanej na tylnej ścianie palnika. Brak potwierdzenia płomienia przez sondę UV 25 w przypadku temperatury układu poniżej 800°C skutkuje odcięciem dopływu gazu ziemnego do dysz 9. Przy temperaturach w układzie spalania powyżej 750°C dla dostarczenia gazu ziemnego do dysz 9 palnik pilotujący 12 musi pracować poprawnie bądź sonda UV 25 musi potwierdzić występowanie płomienia w obrębie palnika 2. Po przekroczeniu temperatury 800°C rola kontroli płomienia opiera się na pomiarze temperatury na ścianach komory spalania, a rola ta zostaje zdjęta z czujnika UV i czujnika jonizacyjnego umieszczonego w palniku pilotującym. Takie postępowanie skutkuje podniesieniem pewności działania systemu i brakiem wrażliwości układu na fluktuację strumienia gazów co do ich składu, ciśnienia, temperatury, ilości zanieczyszczeń i zawilgocenia. Przy temperaturach układu powyżej 800°C dopuszcza się chwilowe dostarczanie gazu ziemnego do dysz 9 przy braku pozytywnego sygnału z palnika pilotującego 12 i sondy UV 25. Ze względu na ceramiczne wyłożenie wnętrza układu 2, rozgrzewanie musi następować stopniowo, zgodnie z odpowiednią krzywą grzania a jego chłodzenie zgodnie z krzywą chłodzenia. Układ spalania 2 rozpoczynający pracę, w którego wnętrzu panuje temperatura niższa od temperatury zn amionowej, musi być rozgrzewany stopniowo według krzywej rozgrzewania, a jego praca przy maksymalnej mocy nie jest od razu możliwa. Po upływie określonego czasu od rozpoczęcia dostarczania gazu ziemnego do dysz 9, po osiągnięciu temperatury powyżej 550°C, mierzonej czujnikiem temperatury 22 na ściankach trzeciego segmentu 5 układu spalania, do dysz gazu odpadowego 6, stycznie do wewnętrznej ściany segmentu 4 spalania, zostanie dostarczony gaz gardzielowy. Powstający płomień ze spalania gazu ziemnego zapala gaz gardzielowy. Aby gaz gardzielowy mógł być dostarczany do układu spalania 2 palnik pilotujący 12 musi pracować i być zasilany w gaz ziemny. Zakłada się, iż palnik pilotujący 12 pracuje w sposób ciągły w całym zakresie pracy układu spalania, w drugim segmencie 4 układu spalania 2 po pewnym okresie stabilnej pracy pierwszego segmentu 3 układu spalania 2, po osiągnięciu temperatury powyżej 650°C, mierzonej na ściankach komory spalania w trzecim segmencie 5 układu spalania 2 dostarczany jest gaz gardzielowy za pomocą dysz 7. Gaz gardzielowy, stycznie dostarczany do wewnętrznej ściany układu spalania, w drugim segmencie 4 układu spalania 2, zapalany jest przez płomień powstający w pierwszym segmencie 3 układu spalania 2. W nominalnych warunkach pracy około 50% gazu gardzielowego jest dostarczane do dysz gazu odpadowego 6 i 7 usytuowanych w pierwszym i drugim segmencie 3 i 4 układu spalania 2. W pierwszym segmencie 3 układu spalania 2 dostarczane jest przykładowo do 17% gazu gardzielowego, natomiast w drugim

PL 217 183 B1 segmencie 4 układu spalania 2 do 33% nominalnego strumienia gazu gardzielowego utylizowanego w układzie. W trzecim segmencie 5 układu spalania 2 gaz gardzielowy dostarczany jest bezpośrednio do komory spalania, gdzie miesza się, ze strumieniem częściowo spalonych gazów pochodzących z pierwszego i drugiego segmentu spalania, których prędkość wynosi do 120 m/s, korzystnie 90 m/s oraz ze spalinami znajdującymi się w komorze spalania i stopniowo się spala. Początek dostarczania gazu gardzielowego przez dysze 8 następuje po uzyskaniu temperatury 800°C mierzonej na ściankach układu spalania w trzecim, segmencie układu spalania. Ilość powietrza dostarczona do pierwszego, drugiego i trzeciego segmentu 3, 4 i 5 układu spalania 2 jest bliska wartości stechiometrycznej. Taka ilość powietrza pozwala uzyskać relatywnie wysoką temperaturę w trzecim segmencie 5 układu spalania 2, potrzebną w procesie utylizacji gazów odpadowych. Wytworzenie takiej temperatury pozwala uzyskać odpowiednią jakość procesu spalania i zapewnić jego odpowiednią intensywności. W czwartym segmencie 23 układu spalania 2 dostarczana jest pozostała część powietrza, to jest przykładowo około 30% całego strumienia powietrza spalania. Strumień powietrza dostarczony jest dyszami 11 rozmieszczonymi na różnych wysokościach na ścianach komory spalania i skierowany jest pod kątem do ścian komory spalania w celu wzmocnienia wewnętrznego wiru gwarantującego intensyfikację procesów mieszania gazów, zwiększenia czasu przebywania gazów w komorze, dopalenia niedopalonych związków z poprzednich segmentów 3, 4 i 5 układu spalania 2 co ma na celu maksymalizowanie jakości procesu spalania.

W rozwiązaniu według wynalazku nie wykorzystuje się wykonawczych elementów mechanicznych, takich jak łopatek, płytek, zawirowujących strugę i stabilizujących płomień. Użycie takich elementów, przy zanieczyszczonych i agresywnych gazach, w połączeniu z wysoką temperaturą powoduje szybką ich degradację i uszkodzenie, a w najlepszym przypadku osady gromadzące się na nich powodują szybkie zablokowanie palników a w konsekwencji awarię i zatrzymanie całego systemu utylizacji.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób niskoemisyjnego spalania gazów odpadowych, zwłaszcza niskokalorycznych w komorach spalania przemysłowych urządzeń energetycznych, podczas którego poddaje się spalaniu mieszaninę gazu odpadowego, paliwa pełnowartościowego i powietrza, znamienny tym, że do komory powietrza doprowadza się ciągły strumień powietrza z prędkością do 20 m/s i temperaturze od 0 do 600°C, korzystnie powyżej 300°C, które następnie podaje się do co najmniej jednego pierwszego segmentu spalania, w której prędkość powietrza zwiększa się do około 80 m/s i gdzie poddaje się je mieszaniu z pełnowartościowym paliwem, które podawane jest z prędkością do 25 m/s, korzystnie 15 m/s, za pomocą co najmniej jednej dyszy, po czym dokonuje się zapłonu tej mieszaniny za pomocą co najmniej jednego palnika pilotującego, który inicjuje i podtrzymuje płomień, z kolei uzyskane w ten sposób gorące spaliny ogrzewają kolejne segmenty w układzie spalania, gdy temperatura mierzona na ścianach w trzecim segmencie spalania osiągnie temperaturę powyżej 550°C podaje się do co najmniej jednego pierwszego segmentu spalania co najmniej jedną dyszą gaz odpadowy z prędkością do 25 m/s, korzystnie 15 m/s w ilości do 30%, korzystnie 17%, całkowitego jego strumienia przeznaczonego do spalenia, który miesza się z płonącymi spalinami powstałymi z paliwa pełnowartościowego, następnie gdy temperatura mierzona na ścianach w trzecim segmencie układu spalania osiągnie temperaturę powyżej 650°C podaje się do co najmniej jednego drugiego segmentu spalania co najmniej jedną dyszą gaz odpadowy z prędkością do 25 m/s, korzystnie 15 m/s, w ilości do 50%, korzystnie 33% całkowitego jego strumienia przeznaczonego do spalenia, po czym odpowiednio gdy temperatura mierzona na ścianach w trzecim segmencie spalania osiągnie temperaturę powyżej 800°C do spalin, których prędkość na wejściu do trzeciego segmentu układu spalania wynosi 120 m/s, korzystnie 90 m/s i w których znajduje się powietrze w ilości bliskiej stechiometrycznemu procesowi spalania gazu odpadowego i paliwa pełnowartościowego dostarczanego w pierwszym, drugim i trzecim segmencie spalania, wprowadza się co najmniej jedną dyszą pozostałą część strumienia gazu odpadowego z prędkością do 100 m/s, korzystnie 80 m/s, w ilości do 75%, korzystnie 50% strumienia gazu odpadowego, a następnie w czwartym segmencie spalania wprowadza się co najmniej dwoma dyszami umieszczonymi na ścianach komory spalania ostatnią część powietrza z prędkością do 200 m/s, korzystnie 100 m/s i temperaturze od 0 do 600°C, korzystnie powyżej 300°C w ilości do 50%, korzystnie 30% całkowitego strumienia powietrza wprowadzonego do układu spalania, a spaliny przemieszczają się

   PL 217 183 B1 w trzecim i czwartym segmencie układu spalania ze średnią objętościową prędkością od kilku od kilkunastu m/s, w temperaturze strumienia spalin wynoszącej co najmniej 800°C i nieprzekraczającej 1300°C.
2. 2. Sposób niskoemisyjnego spalania według zastrz. 1, znamienny tym, że w trzecim segmencie spalania wprowadza się do układu spalania co najmniej jedną dyszą strumień gazu odpadowego skierowany pod kątem zawartym od 0 do 90° względem podłużnej osi układu spalania w zależności do własności fizyczno chemicznych paliwa.
3. 3. Układ do niskoemisyjnego spalania gazów odpadowych, zwłaszcza niskokalorycznych, w komorach spalania przemysłowych urządzeń energetycznych zawierający komorę powietrza zasilającego, palnik z segmentowymi komorami spalania połączonymi ze sobą posobnie, dysze gazu odpadowego, dysze paliwa pełnowartościowego, palnik pilotujący, podgrzewacz powietrza, zasilacz gazu odpadowego, zasilacz paliwa pełnowartościowego, przepustnice regulacyjne, czujniki temperatury oraz element sterujący, znamienny tym, że pierwszy segment (3) układu spalania posiada postać walcowego cylindra wewnątrz, którego umieszczony jest co najmniej jeden palnik pilotujący oraz co najmniej jedna dysza paliwa pełnowartościowego i co najmniej jedna dysza gazu odpadowego usytuowane w osi równoległej do stycznej przekroju poprzecznego walcowego cylindra, przy czym z jednej strony połączony jest z komorą powietrza zasilającego (1), a z drugiej strony poprzez przewężenie łączy się z wejściem drugiego segmentu (4) układu spalania (2), drugi segment (4) układu spalania (2) posiada postać walcowego cylindra, w którym umieszczona jest co najmniej jedna dysza gazu odpadowego usytuowana w osi równoległej do stycznej przekroju walcowego cylindra, natomiast wyjście jego poprzez przewężenie połączone jest z wejściem trzeciego segmentu (5) układu spalania (2), w jednym cylindrze znajdują się trzeci oraz czwarty segment (23) układu spalania (2), gdzie jedną część cylindra stanowi trzeci segment (5) układu spalania (2) gdzie osadzone są co najmniej jedna dysza gazu odpadowego oraz co najmniej jeden czujnik temperatury układu spalania, natomiast drugą część cylindra stanowi czwarty segment (23) układu spalania (2) gdzie osadzone są co najmniej dwie dysze powietrza.
4. 4. Układ do niskoemisyjnego spalania według zastrz. 3, znamienny tym, że komora powietrza połączona jest z podgrzewaczem powietrza poprzez przepustnice regulacyjną (21).
5. 5. Układ do niskoemisyjnego spalania według zastrz. 3, znamienny tym, że w pierwszym segmencie (3) układu spalania (2) każda dysza paliwa pełnowartościowego połączona jest z zasilaczem paliwa pełnowartościowego (15) poprzez przepustnice regulacyjną (16).
6. 6. Układ do niskoemisyjnego spalania według zastrz. 3, znamienny tym, że w pierwszym segmencie (3) układu spalania (2) każda dysza gazu odpadowego połączona jest z zasilaczem gazu odpadowego (14) poprzez przepustnice regulacyjną (17).
7. 7. Układ do niskoemisyjnego spalania według zastrz. 3, znamienny tym, że w drugim segmencie (4) układu spalania (2) każda dysza gazu odpadowego połączona jest z zasilaczem gazu odpadowego (14) poprzez przepustnice regulacyjną (18).
8. 8. Układ do niskoemisyjnego spalania według zastrz. 3, znamienny tym, że w trzecim segmencie (5) układu spalania (2) każda dysza gazu odpadowego połączona jest z zasilaczem gazu odpadowego (14) poprzez przepustnice regulacyjną (19).
9. 9. Układ do niskoemisyjnego spalania według zastrz. 3, znamienny tym, że w czwartym segmencie (23) układu spalania (2) każda dysza powietrza połączona jest z podgrzewaczem powietrza (13) poprzez przepustnice regulacyjną (20).
10. 10. Układ do niskoemisyjnego spalania według zastrz. 3, znamienny tym, że element sterujący (24) połączony jest z czujnikami temperatury (22) oraz przepustnicą regulacyjną (16) dysz paliwa pełnowartościowego, przepustnicami regulacyjnymi (17), (18), (19) dysz gazu odpadowego, przepustnicą regulacyjną (20) dysz powietrza dostarczanego do czwartego segmentu (23) układu spalania (2), oraz przepustnicą regulacyjną (21) przewodu doprowadzającego powietrze do komory powietrza.
11. 11. Układ do nisko emisyjnego spalania według zastrz. 3, znamienny tym, że ma co najmniej jedną gałąź, w której szeregowo połączone są pierwszy segment (3), drugi segment (4) oraz trzeci segment (5) układu spalania (2), jednocześnie wyjście każdej z gałęzi połączone jest ze wspólnym czwartym (23) segmentem układu spalania (2).