SK61893A3 - Spaľovací systém na kyslík a palivo - Google Patents

Spaľovací systém na kyslík a palivo Download PDF

Info

Publication number
SK61893A3
SK61893A3 SK618-93A SK61893A SK61893A3 SK 61893 A3 SK61893 A3 SK 61893A3 SK 61893 A SK61893 A SK 61893A SK 61893 A3 SK61893 A3 SK 61893A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
fuel
burner
oxygen
flame
combustion system
Prior art date
Application number
SK618-93A
Other languages
English (en)
Inventor
Aleksander G Slavejkov
Mahendra L Joshi
James K Nabors
Original Assignee
Air Prod & Chem
Combustion Tec Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Prod & Chem, Combustion Tec Inc filed Critical Air Prod & Chem
Priority to SK618-93A priority Critical patent/SK61893A3/sk
Publication of SK61893A3 publication Critical patent/SK61893A3/sk

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Abstract

Spaľovací systém sa používa na vyvíjanie vysokých teplôt v priemyselných taviacich peciach na rozličné výrobky, ako kovy, sklo, keramické materiály a pod. Systém (10) horákov na kyslik a palivo obsahuje horák (12) na kyslik a palivo a predspaľovač (14). Horák (12) obsahuje v druhom puzdre (24) vstup (46) paliva, ktorý umožňuje privádzanie paliva do časti horáka (12) medzi potrubím (34) na palivo a jadrom (38). Zmiešavame kyslíka a paliva sa odohráva pri plameňovom konci horáka (12), na ktorého prednom konci je nasadený predspaľovač (14). Tento spaľovací systém môže byť použitý na zmenu rýchlosti zmiešavania kyslíka a paliva pohybom potrubia (24) na palivo vzhľadom na potrubie(30) pre kyslík a pohybom potrubia (34) pre palivo a jadra (38) navzájom pozdĺž osi vnútri prvého puzdra (16) horáka (12).

Description

(57) Anotácia:
Spaľovací systém sa používa na vyvíjanie vysokých teplôt v priemyselných taviacich peciach na rozličné výrobky, ako kovy, sklo, keramické materiály a pod. Systém (10) horákov na kyslik a palivo obsahuje horák (12) na kyslik a palivo a predspaľovač (14). Horák (12) obsahuje v druhom puzdre (24) vstup (46) paliva, ktorý umožňuje privádzanie paliva do časti horáka (12) medzi potrubím (34) na palivo a jadrom (38). Zmiešavame kyslíka a paliva sa odohráva pri plameňovom konci horáka (12), na ktorého prednom konci je nasadený predspaľovač (14). Tento spaľovací systém môže byť použitý na zmenu rýchlosti zmiešavania kyslíka a paliva pohybom potrubia (24) na palivo vzhľadom na potrubie(30) pre kyslík a pohybom potrubia (34) pre palivo a jadra (38) navzájom pozdĺž osi vnútri prvého puzdra (16) horáka (12).
PV
SPAĽOVACÍ SYSTÉM NA KYSLÍK A PALIVO
Oblasť techniky
Vynález sa týka spaľovacieho systému na kyslík a palivo používaného pre vyvíjanie vysokých teplôt v priemyslových taviacich peciach na rozličné výrobky ako kovy. sklo. keramické materiály a pod.
Doterajší stav techniky
V peciach na vysoké teploty vyhrievaných úplne alebo čiastočne spaľovaním. ako sú pece na tavenie skla. sa často vyskytuje problém zničistenia. Vysoké úrovne emisií nečistôt ako sú oxidy dusíku (NOx), oxid siričitý (SO2). oxid uhličitý a častice. ktoré často prevyšujú maximálne úrovne dovolené inštitúciou pre ochranu životného prostredia, sú typické pre pece a horáky na vzduch a palivo a na vzduch obohatený kyslíkom a palivo.
V minulosti bol problém riešený použitím dodatočného spaľovania pre zníženie obsahu nečistôt. Tieto procesy však vyžadujú zariadenia, ktoré činia riešenia vysoko nákladným na investície aj v prevádzke. Iná a účinnejšia metóda spočíva v použití kyslíka v procese spaľovania pre odstraňovanie dusíka zo vzduchu a obmedzenie N0x a zvláštnej emisie pod hodnoty dovolené smernicami inštitúcií pre ochranu životného prostredia. Naviac použitie kyslíku na spaľovanie znižuje emisiu oxidu uhličitého zvýšením produktivity a úspory dávok chemikálií.
Horáky na kyslík a palivo môžu byt rozdelené do dvoch hlavných skupín, a to na vodou chladené a plynom chladené. Často sa vyskytujúci problém u horákov oboch skupín je neprítomnosti riediaceho a nosného plynu. napríklad dusíka, ktorý zvyšuje parciálne tlaky prchavých zložiek dávky a zvyšuje rýchlosť korózie kovových a keramických materiálov. použitých pri konštrukcii horáka. Nánosy a korózia teda predstavujú najvšeobecnejšie problémy vodou alebo plynom chladených trysiek horákov v peciach na vysoké teploty. Veľké rozdiely teplôt medzi chladenými tryskami horákov a pecnými plynmi spôsobujú prchavých a korozívnych látok a nánosy na tryske je popísané v pojednaní s názvom Oxygen kondenzáciu horáka. To
Parkersburg v časopise American Glass Review, december 1990. ktorého autori sú D.Shamp a D-Davis. Vo vodou alebo plynom chladenom horáka, kde vodné chladenie nemá optimálnu rýchlost prúdenia, môže nános na tryskách spôsobiť odchýlenie plameňa a náraz na trysku horáka vedúce k poškodeniu alebo deštrukcii horáka.
Firing of
Druhý problém spojený s vodou a plynom chladenými horákmi je skutočnosť. že žiaruvzdorný blok horáka často užívaný pre umožnenie inštalácie horáka do pece a/alebo pre zvýšenie stability plameňa, má otvor o vnútornom priemere väčšom než je priemer lúča plameňa, čo spôsobí vtiahnutie korozívnych pecných plynov alebo čiastočiek materiálov do vnútra bloku a ich styk s horákom. Tento typ horáka je popísaný v patentovom spise Spojených štátov amerických číslo 4,690.634.
Iný problém pri vodou i plynom chladených horákoch je nízka svietivosť plameňa vplyvom vysokej rýchlosti horenia a rýchleho zmiešavania vznikajúceho v takýchto spaľovacích systémoch. To znižuje účinnosť ohrevu, pretože žiarenie je najmohutnejší mechanizmus prenosu tepla v peci na .vysoké teploty, ako je sklárska taviaca pec.
Naviac vodou chladené horáky na kyslík a palivo vyžadujú vysoké náklady na investície a údržbu. Tieto horáky môžu znížiť celkovú účinnosť pece odvádzaním značného množstva tepla z nej prúdom chladiacej vody. Napríklad pre horák s prietokom chladiacej vody 22.5 l.min.-1 s rozdielom teplôt vody na výstupe a na vstupe rovným 27,8 °C je strata tepla pre jeden horák asi 36,6 kW. Pre pec s desiatimi horákmi je cena tepla strateného vodným chladením asi $ 30000 za jeden rok. Naviac je tu vždy možnosť úniku vody do pecé, keď horák nie je správne upevnený a je tu nebezpečenstvo upchania a korózie kanálov vodného chladenia horáka, ak je jediným prostriedkom chladenia dostupným užívatelovi voda nízkej akosti.
Plynom chladené horáky na kyslík a palivo môžu predstavovať problém v prípade prerušenia dodávky paliva alebo kyslíku. Takéto horáky sa musia ihneď vyňať zo spaľovacej oblasti pece kvôli zamedzenie možného poškodenia vysokou teplotou panujúcou v peci. Keď sú takého horáky uložené na kovových koncovkách pri čelnej ploche horáka pre jeho chladenie, tieto koncovky môžu zbierať kondenzáty a spôsobiť problémy korózie horáka.
Úlohou vynálezu je vytvoriť spaľovací systém na kyslík a palivo, pri ktorom by boli vyššie opísané nevýhody doterajšieho stavu techniky odstránené.
Podstata vynálezu
Vynález rieši úlohu tým, že vytvára spaľovací systém na kyslík a palivo, ktorého podstata spočíva v tom, že obsahuje v kombinácii horák na kyslík a palivo, majúci vo všeobecnosti valcovité puzdro s potrubím na palivo umiestneným v priestorovom vzťahu a sústredne s puzdrom, potrubie na palivo je situované pozdĺž najväčšej časti puzdra, a majúce plameňový koniec ukončený v rovnakej rovine ako plameňový koniec puzdra, jadro umiestnené sústredne s potrubím na palivo, jadro a potrubie na palivo spolupôsobia na vyvíjanie prstencovitého prúdu paliva na plameňovom konci puzdra, potrubie oxidizéru umiestnené sústredne vnútri puzdra medzi potrubím na palivo a puzdrom, potrubie oxidizéru prebieha súosovo v puzdre, potrubie na palivo je prispôsobené pre premenlivé umiestnenie vzhľadom k potrubiu oxidizéru pozdĺž pozdĺžnej osi vrátane polohy, kde končí, v mieste vymedzenom plameňovým koncom puzdra na vymedzenie prstencovitého otvoru pre palivo pre zavedenie paliva do otvoru pre palivo a potrubia oxidizéru k oxidačnému otvoru, a predspalovač usporiadaný na horáku, majúci vo všeobecnosti valcový ústredný otvor, ktorého jeden koniec je plynotesné usporiadaný vzhľadom ku plameňu a druhý koniec je uspôsobený na riadenie plameňa pre vyhrievanie v priemyselných prostrediach, pozdĺžna os valca je v rozsahu pozdĺžnej osi puzdra horáka, predspalovač je konštruovaný a usporiadaný tak, že otvor má pomer dĺžky k priemeru (L/d) od 2,0 do 6,0, kde horák je použitý pre propagáciu plameňa pri tepelnom výkone horenia od 73,2 kW do 11712 kW.
Podľa výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu vnútorný povrch plameňového konca potrubia pre palivo a vonkajší povrch predného konca jadra sú uspôsobené tak, že vzájomný pozdĺžny pohyb jadra a potrubia pre palivo umožňuje operátorovi mat premenlivý prstencovitý otvor pre palivo.
Podľa dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu vnútorný povrch potrubia pre palivo pri plameňovom konci a vonkajší povrch potrubia pre palivo pri plameňovom konci majú taký tvar, že pozdĺžny pohyb vzhľadom k potrubiu oxidizéru umožňuje operátorovi mat premenlivý prstencovitý otvor pre oxidizér.
Podľa ďalšieho výhodného prostriedok pre privádzanie obsahuje systém pre atomizáciu vyhotovenia predloženého vynálezu paliva do potrubia pre palivo kvapalného paliva.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je oxidizátor zvolený zo skupiny zahrňujúcej kyslík, vzduch obohatený kyslíkom, iný plynný oxidizátor a ich zmesi privádzané do prostriedku pre zavádzanie oxidizátoru pod tlakom .
Podľa je palivo syntetický kaša a zmes ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu zvolené zo skupiny zahrňujúce zemný plyn, metán, zemný plyn, propán, sírovodík, kvapalné palivá, ich i, pričom tieto palivá sa privádzajú do otvoru pre palivo ako plyn alebo ako kvapalina systémom pre atomizáciu kvapa1ného pa1iva.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je predspaľovač vyrobený z materiálu s vonkajším tvarom prispôsobeným pre nádobu, pre ktorú má byt použitý.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu horák na kyslík a palivo je vyrobené z nehrdzavejúcej ocele, zliatinových ocelí, zliatin pre vysoké teploty a superzliatin.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je prespaľovač k horáku na kyslík a palivo pripojený rozobrateľne.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je horák na kyslík a palivo vyrobený zo súčastí rozoberateľných pre obsluhu.
Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je horák opatrený postriedkom pre upevnenie horáka k vonkajšej konštrukcii, keď je systém v prevádzke.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Vynález je znároznený na výkresoch, kde obr.la je nárys systému podľa vynálezu čiastočne v reze pre znázornenie detailov konštrukcie, obr.lb je rez podľa čiary la-lb v obr.la, obr.2a,2b,2c a 2d sú čiastočné pohľady na.predný koniec horáka systému znázorňujúce prostriedok pre nastavenie plochy výstupu oxidantu a prúdu plynu, obr.3 je diagram závislosti polohy nastavenia na pomere plochy prietoku kyslíku ku ploche prietoku plynu pri horáku z obr.l, obr.4a a 4b sú diagramy osovej rýchlosti v závislosti na polohe vnútri predspaľovača od strednej čiary k vnútornej stene predspaľovača pre krajnú polohu nastavenia horáka a obr.4c a 4d sú diagramy turbulentného strihového napätia v závislosti na polohe rozhrania pre polohy horáka v obr.4a a 4b.
Príklad uskutočnenia vynálezu flko bolo uvedené vyššie, doterajšie horáky na kyslík a palivo boli používané na ohrev priemyselných pecí pri snahe o prekonanie problémov obvyklých korákov na vzduch a palivo. V popise tohto vynálezu sa výraz oxidizér” používa pre akúkoľvek zmes plynov obsahujúcu viac ako 30 % kyslíka. Ďalej v popise tohoto vynálezu palivá znamenajú normálne plynné palivá obsahujúce bez obmedzenia metán, zemný plyn, propán, sírovodík a pod., ako i kvapalené palivá ako olejové palivá, vykurovacie oleje, surové oleje, kaše a podobne.
Často sa vyskytujúci problém pri úplne alebo čiastočne palivom vyhrievaných peciach na vysoké teploty, ako sú sklárske taviace pece, je potrebný nastaviteľný kys1íkovo-palivový plameň na danej rýchlosti objemu spaľovania, zátaže a umiestnenia s premenlivými charakteristikami závislými horenia. V závislosti na návrhu pece, rýchlosti horenia, typu zátaže, rozdelenia horákov, nastaviteľnost dĺžky, tvaru, svietivosti a hybnosti sú dôležité pre účinnú prevádzku pece. Operátor majúci schopnosť nastaviť všetky pece by mal výhodu nielen zlepšiť tepelnú účinnosť pece, ale tiež zvýšiť akosť i produktivitu priechodu pece. Okrem toho nastaviteľnost a hybnosť plynu plameňa by zamedzili nežiadúci dopad plameňa na žiaruvzdorné časti pece, nadmerný nežiadúci úlet dymovým kanálom a tvorbu nečistôt ako NOx, ktorý často presahuje úroveň dovolenú inštitúciou pre ochranu životného prostredia.
V minulosti bolo riadenie hybnosti všeobecne dosahované jednoduchými, avšak ponajviac nepraktickými spôsobmi. Prvý spočíval v použití radu premiestniteľných pevných trysiek, ktoré boli menené v závislosti na potrebe zvýšenia alebo zníženia hybnosti. Pre tento účel boli vyrobené vhodné trysky vhodného priemeru alebo prietokovej plochy vymeniteľné na plameňovom konci horáka.
Iná použitá technika spočívala v zmene tlaku prúdu pred horákom. Použitím obmedzeného otvoru ventilu, motýlovitého alebo guľového ventilu bol vytvorený jednoduchý úbytok tlaku naprieč ventilom- Na základe daného otvoru ventilu bola získaná zmena tlaku prúdu pre horákom. ktorá všeobecne spôsobila zmenu hybnosti. Avšak táto metóda tiež zmenila celkovú rýchlosť prúdu, ktorá vo všetkých prípadoch nemusí byt žiadúca vzhľadom k uvažovanej rýchlosti horenia. Táto metóda má ďalej nevýhodu v tom, že môže byt použitá iba pre malé zmeny prírastku charakteristík plameňa.
«
Bolo tiež zistené, že v niektorých prípadoch sa môže volit veľkost otvoru. pričom závisí na rýchlosti horenia. Väčšia veľkost otvoru sa volí pre väčšie rýchlosti horenia a podobne menšie veľkosti otvoru pre menšie rýchlosti horenia, pri zostavovaní horáka.
Vyššie uvedené spôsoby boli zistené ako nedostatočné a časovo náročné a vyžadujúce prerušenie prevádzky počas výmeny trysiek a veľkosti otvorov v závislosti na požadovanej rýchlosti horenia alebo na charakteristikách plameňa. Dalej sú tieto systémy a metódy značne nepraktické pri vysokých teplotách, plynulej činnosti pece pri spaľovaní paliva s kyslíkom, pretože musí byť celý horák vytiahnutý z pece po zastavení prúdu plynu a kyslíka pre nahradenie sústavy trysiek.
Je možné pokračovať v adekvátnej diskusii o oboch všeobecných typoch horákov používaných v priemyslových ohrievacích prostriedkoch, najmä o tých. ktoré sú chladené vodou a o tých. ktoré sú chladené plynom.
V obr. la a lb je znázornený systém 10 horákov na kyslík a palivo podľa vynálezu. Systém 10 horákov na kyslík a palivo obsahuje horák 12 na kyslík a palivo a prespalovač 14.
Horák 12 sa skladá s prvného puzdra 16. ktoré má prvý koniec 18 označený ako plameňový koniec horáka 12. Prvé puzdro 16 má ďalej druhý koniec 20 obsahujúci závitovú časť 22 k nemu blízku a vytvarovanú v tvar príruby, takže druhé puzdro 24 horáka 12 môže byt pripojené k prvému puzdru 16. Prvé puzdro 16 a druhé puzdro 24 môžu byt spolu spojené limcom 26, ktoré lícuje 28 na druhom puzdre 24. Utesnenie je uskutočnené a podobnými neznázornenými a dobre známymi s prírubou O-krúžkami prostriedkami. Vnútri prvého puzdra 16 a súosovo s ním je uložený rúrkový člen, ktorým kyslík má všeobecne je potrubie 30 pre kyslík. Potrubie 30 pre valcový tvar a má zbehavo rozbiehavú čast 32. ktorej funkcia bude vysvetlená ďalej. Vnútri potrubia 30 pre kyslík je potrubie 34 pre palivo majúce všeobecne valcovitý prierez so zbiehavo rozbiehavým výstupným koncom 36, ako bude ďalej vysvetlené. Vo vnútri potrubia 34 pre palivo je umiestnené jadro 38 majúce valcovitú čast a predný koniec 40 tvaru zrezaného kužela. Súčasti 16,30,34 a 38 majú všeobecne kruhový priečny prierez a sú usporiadené súosovo, ako je znázornené v obr.lb.
Druhé puzdro 24 obsahuje vstup 42 kyslíka, ktorý, ako je znázornené šípkami 44, je spojený s priechodom vymedzeným medzi potrubím 30 pre kyslík a potrubím 34 pre palivo, takže kyslík môže byt privádzaný do horáka a vystupovať z neho prvým koncom 18 trysky horáka 12. Horák 12 obsahuje v druhom puzdre 24 vstup 46 paliva, ktorý umožňuje privádzanie paliva, ako je znázornené Šípkami 48, do časti horáka medzi potrubím 34 pre palivo a jadrom 38. Horák 12 je zostavený, ako je v odbore známe, tak, že nie je žiadny únik paliva ani kyslíka medzi rôznymi podskupinami, takže zmiešavianie kyslíka a paliva sa odohráva pri alebo blízko plameňového konca 18 horáka 12. Horák 12 môže obsahovať vhodný nastavovací mechanizmus 50,52, takže potrubie 34 pre palivo a jadro 38 môžu byt vnútri horáka 12 pozdĺžne priemiestňované, ako bude ďalej vysvetlené- Jadro 38 je opatrené vekom 54, takže zostava horáka môže byt použitá pre spaľovanie kvapalných palív. Na prednom konci horáka 12 je proti plameňovému koncu 18 nasadený predspaľovač 14- Predspalovač 14 môže byt vyrobený zo žiaruvzdorného materiálu alebo z kovu v závislosti na teplote pece a tvarovaný ako kompaktná jednotka alebo, ak je to žiaduce, môže byt uložený vnútri vonkajšej tvarovanej súčasti- Vnútorná štruktúra 60 predspalovača 14 je priprvnená k prírube 56 pripravenej k prvému puzdru 16 horáka 12 zakotvenými upevňovacími členmi alebo upevňovacími členmi zasadenými v drážkach 62,64, ako je znázornené na výkresoch a ako je v obore známe.
V predspaľovači 14 je vytvorený valcový priechod 66, ktorý má priemer určený podľa rýchlosti horenia horáka 12, ako bude ďalej vysvetlené. Priechod 66 má rozsah cez dĺžku predspaľovača 14, aby obklopoval a priamo vypúšťal plameň z plameňového konca 18 horáka 12 mimo vypúšťacieho konca 68 predspaľovača 14. Predspaľovač 14 je pripojený k stene pece alebo nádoby, ktorá má byť ohrievaná a môže mať tvar žiaruvzdorného bloku použitého v tej nádobe alebo iný tvar alebo môže byť z iného materiálu na vonkajšom povrchu, aby bol vhodný pre nasadenie do steny pece.
Geometria predspaľovača 14 je funkciou rýchlosti horenia, ako je znázornené v prihláške vynálezu Spojených štátov amerických č. zo dňa - Napríklad keď je horák 12 schopný horieť rýchlosťou zodpovedajúcou tepelnému výkonu od 73,2 kW do 11712 KV, majú byť rozmery predspaľovača 14 také, že vzdialenosť od plameňového konca 18 horáka 12 k vypúšťajúcemu koncu 68 predspaľovača 14 je medzi 30,48 cm a 121,92 cm, priemer vnútorného valcového otvoru predspaľovača 14 je 5,08 cm až 20,32 cm a pomer dĺžky k priemeru (L/d) má byť medzi 2 a 6. V súlade s vynálezom sú prednostné usporiadania predspaľovača 14 uvedené v tabuľke 1- . '
Čísla uvedené v tabuľke č.l sú empirické hodnoty odvodené z merania svietivosti plameňa, priebehu teploty predspaľovača a tlaku predspaľovača, zaznamenané počas pokusných skúšok horenia. Tieto rozmery sa líšia od tradičných hodnôt pri návrhu horákov a horákových blokov, pretože tento tesný predspaľovač je v skutočnosti chladený a tienený prúdiacimi a reagujúcimi plynmi. Pokiaľ je použitý výraz tesný, znamená to malú diferenciu rozmerov medzi vnútorným priemerom priechodu 66 jeho predspaľovača 14 a plameňom vyvíjaným horákom 12. V doterajšom stave techniky boli horákové bloky široké, aby boli držané odľahlé od teplého kys1íko-palivového plameňa, čo malo za následok vsávania pecných plynov.
Tabuľka 1
Tepelný výkon horenia Zníženie Dĺžka Priemer Pomer
(kV) (cm) (cm) L/d
73,2 - 439,2 6 30.48- 45,72 7,62- 8,89 3,4-5,1
292,8 - 878,4 3 30,48- 45,72 8,89-10,16 3.0-4,5
585,6 - 1756,8 3 30,48- 45,72 10,16-11,43 2,8-4,0
1171,2 - 5856,0 5 40,64-121,92 10,16-20,32 2,0-6,0
Predspaľovač môže mat zbiehavý alebo; rozbiehavý tvar k vnútornému povrchu 66 pri vypúšťacom konci 68 za predpokladu, že uhol zbiehania alebo rozbiehania nie je väčší ako + 15°, uhol sa meria vzhľadom k pozdĺžnej osi predspaľovača 14.
Horák podľa vynálezu vyvíja základnú konfiguráciu prúdu skladajúcu sa z dvoch súprúdových prstencových lúčov. Kyslík je vypúšťaný z predného konca horáka 12 vo forme prstenca prechodom vymedzeným medzi potrubím 20 pre kyslík a potrubím 34 pre palivo. Palivo vyteká palivovým koncom 18 horáka 12 prstencovitým otvorom medzi predným koncom 36 potrubia 34 pre palivo a vonkajším povrchom jadra 38. Dva prstencovité prechody sú vytvorené zostavou jednotlivých potrubí s prednou častou potrubia, navrhnutých pre minimálny úbytok tlaku pre kyslík i palivo. V jednom pvyhotovení tryská je tá časť potrubia pre kyslík, potrubia pre palivo alebo jadra, ktorá je merané od predného konca k bodu, kde príslušný prierez má valcový tvar. Rozličné rozmery prúdu (napríklad geometria v ploche) sú navrhnuté na základe empirickej znalosti paliva a kyslíka, rýchlosti prúdu, rozmedzia požadovaných nastavení rýchlosti, úrovne turbulancie, prijatelnej v prúde, a charakteristík plameňa spojených prúdov kyslíka a paliva. Najmä zaokrúhlenie predného konca potrubia pre kyslík vhodným polomerom slúži dvom významným funkciám. Prvá spočíva v uľahčení oneskoreného a stupňového smiešavania prúdov paliva a kyslíka v predspaľovači 14. Bolo ukázané, že štvorcový*· Cbez zaobleného konca) predný koniec 36 potrubia 34 pre palivo indukuje efekt rozdelenia prúdu. Po druhé, rozdelenie prúdu vytvára oblast nízkeho tlaku v tieni okraja predného konca 36. V tejto stagnujúcej oblasti bolo zistené lokalizované spaľovanie, ktoré vedie k ukladaniu sadzí a prehriatiu vrchola. Keď bol predný koniec 36 vytvorený zaoblený, efekty rozdelenia prúdu boly silne potlačené súčasne s lokalizovanými javmi spaľovania a teplotou predného konca 36.
Horák podľa obr.la a lb môže byt použitý pre zmenu rýchlosti zmiešavania kyslíka a paliva pohybom potrubia 34 pre palivo vzhľdom k potrubiu 30 pre kyslík a pohybom potrubia 34 pre palivo a jadra 38 navzájom pozdĺž osi vnútri prvého puzdra 16 horáka
12. 0br-2a znázorňuje polohu potrubia 30 pre kyslík, potrubia 34 pre palivo a jadra 38 vzhľadom k referenčnej polohe 13, kde jadro 38 a zrezaný kužel 40 sú zaťažené vzhľadom ku krajnej ľavej polohe v nákrese a orientácii obr.la a 2b. Obr.2b znázorňuje polohu potrubia 30 pre kyslík, potrubia 34 pre palivo a jadra 38 pri plameňovom konci 18 horáka 12. To sa uvažuje ako poloha 1 pre kyslík i palivo, zatiaľ čo poloha obr.2a sa uvažuje ako poloha 13 pre kyslík i palivo. Obr.2c ukazuje, čo je poloha 1 pre kyslík a poloha 13 pre palivo, zatiaľ čo obr.2d ukazuje polohu 13 pre kyslík a polohu 1 pre palivo. Z predchádzajúceho je zrejmé, že poloha 1 pre kyslík jé poloha, kde zbiehavé rozbiehavá čast 32 pre potrubie 30 pre kyslík a výstupný otvor 36 sú v tej istej rovine. Poloha 1 pre palivo je, keď výstupný otvor 36 potrubia 34 pre palivo a zrezaný kužel 40 jadra 38 sú v tej istej rovine.
Naopak, poloha 13 pre kyslík alebo palivo je, keď doplnkové časti sú úplne zatiahnuté alebo sú v ľavej polohe, ako je znázornené na výkrese. Proces zatiahnutia pre rôzne súčasti horáka je daný ručne pomocou zvláštneho nastavovacieho mechanizmu 50,52. Zatiahnutím sa môže meniť skutočná prietoková plocha u plameňového konca 18 pre palivo a kyslík.
Tu je najviac lineárna závislosť medzi plochou prúdu paliva a kyslíku u plameňového konca 18 pre rôzne nastavenia polohy. Môže teda byť trojnásobné zväššenie plochy prúdu pri polohe 13 pre palivo i kyslík v porovnaní so zodpovedajúcimi plochami prúdu pri polohe 1. To znamená, že rýchlosť môže byť menená asi o 300 % pre palivo i kyslík pri danej rýchlosti horenia Calebo danej rýchlosti prúdu).
Obr.3 je diagram znázorňujúci pomer plochy prúdu kyslíka k ploche prúdu paliva ako funkciu nastavenia polohy. Krivka ukazuje exponenciálny útlm z polohy 1 do polohy 10- V polohe 10 plocha prúdu paliva je otvorená až do maximálnej hodnoty, zatiaľ čo plocha prúdu kyslíku rastie v celom priebehu do polohy 13, ako je zrejmé z obr.3. Na krivke je zrejmý extrém pri polohe 11 vplyvom vyššie uvedených dôvodov. Celkový axiálny pohyb oboch nastavovacích mechanizmov je asi 4,1275 cm. Vyššie popísané trysky sú určené pre prevádzku v rozsahu parametrov predspaľovača 14 spomenutých vyššie.
Horák podľa predloženého vynálezu umožňuje zmeny rýchlosti pre plynné palivo ako je zemný plyn (Vn?) a kyslík (VOx) V závislosti na rýchlosti prúdu môže nastavení polôh 1 až 13 umožniť voľby vysokej hybnosti až nízkej hybnosti pre riadenie plameňa. V peci o vysokej teplote (napríklad sklárska taviaca pec) pre vysokú svietivosť plameňa a dlhé plamene (prednostná prevádzka), majú byť použité nižšie rýchlosti (vyššie nastavenie polohy). Inými slovami, Vng a VOx majú byt nižšie než 182,88 m.s-1 a Vng/Vox má byť medzi 0,3 a 6.0. Avšak pre vysokú svietivosť plameňa (prednostná prevádzka), pri použití horáka podľa predloženého vynálezu sa majú použiť nižšie rýchlosti s pomerom V ng/VOx rovným od 1,0 do 1,5.
Charakteristiky kys1íkovo-palivového plameňa sú ovplyvňované mnohými geometrickými a prúdovými parametrami. Priebehy axiálnej rýchlosti a turbulentného strihového napätia kyslíka a plynného paliva, napríklad zemného plynu, pri plameňovom konci 18 sú znázornené na obr. 4a až 4d. Dve krajné polohy nastavenia sa
Vplyvy nastavenia polohy trysky horáka na parametre prúdenia a charakteristiky plameňa
Dĺžka plameňa - <-
Teplota plameňa <- ->
1 Svietivosť plameňa - <-
Zemný plyn + kyslík rýchlosť zmiešavania <-- --
Zemný plyn + kyslík intenzita turbulencie -
Zemný plyn + kyslík strihové napätie na stene a rozhraní <- -
Zemný plyn + kyslík rýchlosti na rozhraní <-- ->
Zemný plyn + kyslík plocha prúdu - <-
Zmeny polohy horáka Kyslík: Poloha 1 a zem.plyn: Poloha 1 Kyslík: Poloha 13 a zem.plyn: Poloha 13
vzostup uvažujú ako polohy 1 a 13, ktoré sa použili na znázornenie zmien. ako je znázornené v obr. 4b a 4d, rýchlosti na rozhraní a turbulentné strihové napätia sú na maxime. Na druhej strane pri polohe 13 (obr.4a a 4c) sú rýchlosti na rozhraní a turbulentné strihové napätie na minime. Účinky turbulentného strihového napätia pri stene a rozhraní paliva a kyslíka zavádza turbulentná fluktuácia (intenzita turbulencie) do prúdu paliva a kyslíka. Cím je vyššia intenzita turbulencie, tým vyššia by mala byt rýchlosť zmiešavania rozhrania paliva a kyslíka. Táto vyššia rýchlosť zmiešavania paliva a kyslíka urýchľuje proces spaľovania prebiehajúci v predspaľovači 14 a vnútri v peci. Tabuľka 2 znázorňuje vplyv nastavenia polohy 1 a 13 horáka v závislosti na niektorých parametroch prúdu, ktoré následne menia vlastnosti plameňa.
Najúčinnejšie parametre sú intenzita turbulencie a rýchlosti zmiešavania. Tieto dva parametre hrajú významnú rolu v zmenách plameňa, teploty, dĺžky a svietivosti. Nastavenie nižšej polohy (napríklad 1,2,3) dávajú plameň kratší s vysokou hybnosťou, zatiaľ čo nastavenie vyššej polohy (napríklad 7,8,9) dáva nízku hybnosť a dlhší plameň. Napríklad v čiastočne konverznej peci s kyslíkovo-palivovými i vzduchovo-palivovými horákmi prvé budú pracovať v režime vysokej hybnosti pre dosiahnutie maxima účinku vzduchovo-palivových horákov a s vysokými objemami plynu pre stabilitu a tvar kys1íkovo-palivového plameňa. Avšak v plnej koverznej kys1íko-palivovej peci je nízka hybnosť prednosťou, pretože dáva nižšiu teplotu plameňa a vyššiu svietivosť plameňa.
Výroba horáka sa uskutočňuje tak, aby zostava mala správne tesnenie, je žiadúce pre minimalizáciu vnikania vonkajšieho vzduchu. Pretože súčasti sú vyrobené plynotesné, nemôže okolitý alebo studený vzduch obklopujúci horák vnikať do vnútra pece, takže sa zmenšuje množstvo vonkajšieho tepla, čo môže viesť k úspore paliva. Prídavné tesné spaľovanie zamedzuje vnikanie vzduchu do spaľovacej zostavy horáka minimalizáciou akéhokoľvek vonkajšieho zdroja vnikania do pece a teda obmedzením najväčšieho zdroja dusíka možného pre vyvíjanie NOx.
Horák podľa predloženého vynálezu je normálne vystavený vysoko žiarivému prostrediu. ako je sklárska taviaca pec. V takejto peci je predný koniec horáka normálne vystavený teplote asi 1427 °C v plynulej prevádzke. Žiadna obvyklá zliatina nevydrží trvalé túto teplotu bez vonkajšieho alebo vnútorného chladenia. Avšak horák podľa predloženého vynálezu pracuje v dvoch režimoch chladenia počas normálnej prevádzky, prvý režim je nútené konvektívne chladenie palivom a/alebo kyslíkom prúdiacim horákom a druhý je vedením a voľným konvektívnym chladením telesom horáka. Dĺžka aspoň 53,34 cm a približná plocha povrchu 1484 cm2 sú dostatočné pre rozptyl tepla do okolia vedením a voľnou konvekciou.
Horák podľa predloženého vynálezu bol uspôsobený pre kyslíkovo-olejové spaľovanie a skúšky boli vykonávané vo výrobnom závode na sklenené vlákna- Horák podľa predloženého vynálezu bol zabudovaný do pece normálne vyhrievanej 8 horákmi na kyslík a zemný plyn. Jeden horák na kyslík a zemný plyn bol nahradený horákom podľa vynálezu, ktorý bol prevádzkovaný s palivovým olejom #2 a #6. Množstvo paliva bolo riadené medzi 22,5 l.hod.-1 a 81,0 l.hod-1 (1,0 l.hod-1 zodpovedá tepelnému výkonu asi 9 kW) stredná hodnota spotreby paliva bola asi 54,0 l.hod-1 počas skúšky. Plameň horáka sa ukázal ako veľmi svietivý s dĺžkou od 30,48 cm do 152,4 cm v závislosti na rýchlosti horenia. Teplota okolitých žiaruvzdorných stien pece bola zvýšená asi o 10 °C vplyvom veľmi svietivého kyslíko-olejového plameňa. Teplota predspaľovača bola podobná teplote pece, hoci plameň vnútri predspaľovača bol veľmi intenzívny. Po skúške neboli na horáka zistené žiadne nánosy alebo zmeny farby vplyvom vysokých teplôt alebo procesu spaľovania v sklárskej taviacej peci.

Claims (11)

  1. NÁROKY ŕ ľ £48-13 uspôsobené pre premenlivé oxidizéru pozdĺž pozdĺžnej
    1. Spaľovací systém na kyslík a palivo, vyznačujúci sa tým, že obsahuje v kombinácii horák na kyslík a palivo majúci všeobecne valcovité puzdro s potrubím na palivo umiestneným v priestorovom vzťahu a sústredne s puzdrom, potrubie na palivo je súmiestne pozdĺž najväčšej časti puzdra, a majúce plameňový koniec ukončený v rovnakej rovine ako plameňový koniec puzdra, jadro umiestnené sústredne s potrubím na palivo, jadro a potrubie na palivo spolupôsobí na vyvíjanie prstencovitého prúdu paliva pri plameňovom konca puzdra, potrubie oxidizéru umiestnené sústredne vnútri puzdra medzi potrubím na palivo a puzdrom, potrubie oxidizéru prebieha súmiestne v puzdre, potrubie na palivo je umiestnenie vzhľadom k potrubiu osi vrátane polohy, kde končí, v mieste vymedzenom plameňovým koncom puzdra na vymedzenie prstencovitého otvoru pre palivo pre zavedenie paliva do otvoru pre palivo a potrubie oxidizéru k oxidačnému otvoru, a predspaľovač usporiadaný na horáka, majúci všeobecne valcový ústredný otvor, ktorého jeden koniec je plynotesné usporiadaný vzhľadom k plameňu a druhý koniec je uspôsobený na riadenie plameňa pre vyhrievanie v priemyselných prostrediach, pozdĺžna osa valca je v rozsahu pozdĺžnej osy púzdra horáka, predspaľovač je konštruovaný a usporiadaný tak, že otvor má pomer dĺžky k priemeru (L/d) od 2,0 do 6,0, kde horák je použitý pre propagáciu plameňa pri tepelnom výkone horenia od
    11712 kW73,2 kW do
  2. 2. Spaľovací systém podľa bodu 1, vyznačujúci vnútorný povrch plameňového konca potrubia na palivo povrch predného konca jadra sú uspôsobené tak, pozdĺžny pohyb jadra a potrubia na palivo umožňuje mat premenlivý prstencovitý otvor pre palivo.
    sa tým, že a vonkajší že vzájomný operátorov i
  3. 3. Spaľovací systém podľa bodu 1, vyznačujúci sa tým, že vnútorný povrch potrubia na palivo u plameňového konca a vonkajší povrch potrubia na palivo u plameňového konca majú taký tvar, že pozdĺžny pohyb vzhľadom k potrubiu oxidizéru umožňuje operátorovi mat premenlivý prstencovitý otvor pre oxidizér.
  4. 4. Spaľovací systém podľa bodu 1, vyznačujúci sa tým, že prostriedok pre privádzanie paliva do potrubia na palivo obsahuje systém pre atomizáciu kvapalného paliva.
  5. 5. Spaľovací systém podľa bodu 1, vyznačujúci sa tým, že oxidizér je zvolený zo skupiny zahrňujúcej kyslík, vzduch obohatený kyslíkom, iný plynný oxidizér a ich zmesi privádzané do prostriedku pre zavedenie oxidizéru pod tlakom.
  6. 6. Spaľovací systém podľa bodu 1, vyznačujúci sa tým, že palivo je zvolené zo skupiny zahrňujúcej zemný plyn, metán, syntetický zemný plyn, propán, sírovodík, kvapalné palivá, ich kaše a zmesi, pričom tieto palivá sa privádzajú do otvoru pre palivo ako plyn alebo ako kvapalina systémom pre atomizáciu kvapalného paliva.
  7. 7. Spaľovací systém podľa bodu 1, vyznačujúci sa tým. že predspaľovač je vyrobený z materiálu s vonkajším tvarom prispôsobeným pre nádobu, pre ktorú má byt použitý.
  8. 8. Spaľovací systém podľa bodu 1, vyznačujúci sa tým. že horák na kyslík a palivo je vyrobený z nehrdzavejúcej ocele, zliatinových ocelí, zliatin pre vysoké teploty a superzliatin.
  9. 9. Spaľovací systém podľa bodu 1. vyznačujúci sa tým. že predspaľovač je k horáka na kyslík a palivo pripojený rozobrateľne.
  10. 10. Spaľovací systém podľa bodu 1, vyznačujúci sa týra. že horák nakyslík a palivo je vyrobený zo súčastí rozobrateľných pre obsluhu.
  11. 11. Spaľovací systém podľa bodu 1, vyznačujúci sa tým. že horák je opatrený prostriedkom pre upevnenie horáka k vonkajšej konštrukcii, keď je systém v prevádzke.
    P v £4%- 13 k:
    O
    Obr. !b /IJ m
    <o o
    rO
    S
    -a o
    co ro
    -D
SK618-93A 1993-06-15 1993-06-15 Spaľovací systém na kyslík a palivo SK61893A3 (sk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK618-93A SK61893A3 (sk) 1993-06-15 1993-06-15 Spaľovací systém na kyslík a palivo

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK618-93A SK61893A3 (sk) 1993-06-15 1993-06-15 Spaľovací systém na kyslík a palivo

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK61893A3 true SK61893A3 (sk) 1995-01-12

Family

ID=20433746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK618-93A SK61893A3 (sk) 1993-06-15 1993-06-15 Spaľovací systém na kyslík a palivo

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK61893A3 (sk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5199866A (en) Adjustable momentum self-cooled oxy/fuel burner for heating in high temperature environments
US5346390A (en) Method and apparatus for oxy-fuel heating with lowered NOx in high temperature corrosive environments
JP4081129B2 (ja) 燃料およびオキシダント流の分離噴射を含む燃焼方法およびその燃焼
EP0844433B1 (en) Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant stream
US5490775A (en) Forward injection oxy-fuel burner
US3638932A (en) Combined burner-lance for fume suppression in molten metals
US5984667A (en) Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant streams
CA2029059C (en) Wide range oxy-fuel burner and furnace operation
EP2017233A2 (en) Burner and method for combusting fuels
US5180302A (en) Radiant gas burner and method
US5547368A (en) Process and device for combustion-enhanced atomization and vaporization of liquid fuels
US4154571A (en) Premix gas burner assembly
EP2676073A2 (en) Burner for uniformly heating a long furnace
SK61893A3 (sk) Spaľovací systém na kyslík a palivo
CN105531541A (zh) 用于燃烧气体燃料或者液体燃料的燃烧器组件和方法
BR112021011579A2 (pt) Montagem e método para injetar um agente de combustão gasoso
US4116611A (en) Gaseous and liquid fuel burner
TW202336386A (zh) 魚尾火焰燃燒器組件
SK68093A3 (sk) Spôsob vyvíjania plameňa z kyslíka a paliva s nízkym obsahom NOx a zariadenie na vykonávanie spôsobu