RS58225B1 - Zagrevanje komore peći korišćenjem gorionika za više vrsta goriva - Google Patents

Description

Opis

[0001] Pronalazak se odnosi na zagrevanje komore peći, kod kojeg se posredstvom gorionika za više vrsta goriva u komoru peći unosi primarno gorivo i primarno sredstvo za oksidaciju, kao i najmanje jedan sekundarni tok goriva, pri čemu se sekundarni tok goriva pneumatski vodi kroz transportnu cev gorionika za više vrsta goriva i u području ulaznog otvora gorionika za više vrsta goriva koji je okrenut komori peći se skreće uvođenjem toka gasa ubačenog u donje područje transportne cevi. Gorionici za više vrsta goriva se primenjuju posebno u pećima sa obrtnom cevi, na primer u pećima sa obrtnom cevi za proizvodnju cementa ili za termičku obradu otpada, i posebno omogućavaju korišćenje goriva različite kalorične vrednosti kod sagorevanja. Oni po pravilu obuhvataju više dovoda za primarno sredstvo za oksidaciju, prvo (ili "primarno") gorivo, kao i najmanje jednu transportnu cev za najmanje jedno dodatno gorivo ("sekundarno gorivo"), kod kojeg se neretko radi o niskokaloričnom gorivu odn. zamenskom gorivu. Dovodi odn. transportne cevi su pri tom oblikovani kao prstenasti kanali i/ili se kao međusobno paralelno raspoređene cevi prostiru kroz celo telo gorionika. Takav gorionik za više vrsta goriva je na primer opisan u DE 10 2010 061 496 A1. Kao primarno sredstvo za oksidaciju se po pravilu koristi vazduh ("primarni vazduh"). Sekundarno sredstvo za oksidaciju ("sekundarni vazduh") se preko posebnih dovoda van gorionika ubacuje direktno u komoru peći. Kao primarno gorivo se najčešće koristi visokokalorično gorivo (sa kaloričnom vrednošću većom od 10 kWh/m<3>odn.

30 MJ/kg) ili smeša visokokaloričnog goriva poput uglja, lož-ulja ili prirodnog gasa i zamenskog goriva.

Pod pojmom "niskokalorična goriva" podrazumevaju se goriva, koja imaju manju kaloričnu vrednost od prirodnog gasa. Primeri niskokaloričnih goriva su gasovita goriva sa kaloričnom vrednošću manjom od 10 kWh/m<3>, kao što su na primer biogas, gradski ili jamski gas, ili čvrsta i tečna goriva sa kaloričnom vrednošću manjom od 30 MJ/kg. Pod pojmom "zamensko gorivo" ovde treba podrazumevati sva nefosilna goriva, posebno goriva dobijena iz otpada. Opseg korišćenih zamenskih goriva seže od rastvarača, delića automobilskih guma i starog drveta, mulja iz postrojenja za preradu otpadnih voda, škart iz papirne industrije, usitnjeni materijal iz obrade plastike ili brašno od životinjskih kostiju, pa do prerađenog otpada iz domaćinstava, industrijskih i komercijalnih pogona, kao i obnovljivih sirovina.

[0002] Iz razloga ekonomičnosti trend u industriji cementa ide u pravcu sve intenzivnijeg korišćenja niskokaloričnih goriva odn. zamenskih goriva. Međutim, povećani udeo zamenskih goriva u primarnom gorivu, a posebno primena čvrstih goriva, dovodi do problema sa radom peći i sa kvalitetom opeke. Pošto se zamenska goriva, kao na primer usitnjena plastika, iz tehničkih i ekonomskih razloga pripremaju samo do veličine zrna sa prečnikom od oko 10 do 20 mm, ona imaju znatno slabije performanse letenja i izgaranja nego na primer fino samleveni ugalj. Ovi materijali istovremeno sadrže najrazličitije sastojke i udele vlage, i raspodela veličina zrna pokriva širok opseg. To dovodi do toga da posebno velike, teške i nepravilno oblikovane čestice pre svoje potpune konverzije padnu na ležište za opeku i da prouzrokuju hemijske reakcije sa radnim materijalom. U ležištu opeke posebno dolazi do redukcije Fe2O3na FeO, što opet kao rezultat daje diskoloraciju opeke i slabiji kvalitet opeke. Loša performansa izgaranja udaljava i temperaturnu raspodelu plamena od ulaznog otvora gorionika i snižava vršne temperature koje se na taj način mogu postizati, a koje su potrebne za pečenje materijala.

[0003] Postoje različite ideje za poboljšavanje faze letenja i iskorišćenje zamenskog goriva. Na primer vrtloženje goriva pre izlaska iz kanala za gorivo predstavlja ideju za poboljšanje karakteristika letenja goriva. Povećanje količine transportnog vazduha za zamensko gorivo takođe dovodi do produženja faze letenja celokupnog goriva, međutim istovremeno dovodi do toga da se gorivo prebrzo iznosi iz vruće blizine gorionika. Osim toga, visoke brzine u kanalima za zamensko gorivo dovode do povećanog habanja i do neželjenog efekta hlađenja, jer transportni vazduh obično ima temperaturu okoline.

U WO 2012/054949 A1 je opisana naprava za transport pneumatski transportovanih sekundarnih goriva, posebno za peći sa obrtnim cevima, koja obuhvata centralnu transportnu cev, koja na ulaznom otvoru gorionika ima izlazni otvor za pneumatski transportovana goriva prema komori peći. Osim toga je predviđen dovod gasa, koji neposredno (gledano u smeru protoka) ispred izlaznog otvora u pravcu ukoso prema napred, u smeru izlaznog otvora, odozdo ulazi u unutrašnjost transportne cevi. Prilikom rada ove naprave se vazduh velikom brzinom kroz dovod za gas ubacuje u transportnu cev. Tamo dovedeni vazduh nailazi na tok sekundarnog goriva, pri čemu čestice goriva koje prolaze pored vazdušne struje dobijaju određeni impuls, koji menja putanju letenja čestica goriva: Čestice goriva više ne napuštaju transportnu cev paralelno prema osi transporta materijala, već se izbacuju pod uglom u odnosu na osu transporta materijala. Na taj način se posebno uspeva izvršiti promena putanje letenja čestica goriva tako da one prodiru kroz potporni plamen primarnih goriva u nekoj vrsti putanje kosog bacanja. Na taj način se produžavaju vreme boravka u plamenu, kao i daljina bacanja plamena. To dovodi do poboljšanja čvrstih goriva, a time do boljeg kvaliteta procesa. Ova naprava se dokazala, ali u pogledu efikasnosti sagorevanja sekundarnog goriva još može da se poboljša, što je i zadatak ovog pronalaska. Dokument EP2626659 A1 otkriva postupak sagorevanja kod koje se sekundarno gorivo sagoreva uz pomoć gasa bogatog kiseonikom.

[0004] Ovaj zadatak je rešen postupkom sa karakteristikama patentnog zahteva 1. Poželjna izvođenja pronalaska su navedena u podzahtevima. Kod postupka prema ovom pronalasku se primarno gorivo i primarno sredstvo za oksidaciju preko na primer međusobno koaksijalno raspoređenih prstenastih kanala ili prstenasto raspoređenih pojedinačnih mlaznica ubacuju u komoru peći, tako što posle paljenja formiraju plamen. Najmanje jedan dodatni transportni vod u gorioniku za više vrsta goriva služi za pneumatski dovod sekundarnog goriva, koje se poželjno sastoji od čvrstih čestica. U taj transportni vod u području ulaznog otvora gorionika, to jest na ili neposredno pre izlaska sekundarnog goriva u komoru peći, odozdo ulazi jedan ili više dovoda za gas, kroz koje se vodi gas bogat kiseonikom. Dovod/i gasa je/su poželjno sa svojim zadnjim delo(vi)m(a) koji ulazi(e) u transportni vod, postavljeni koso prema napred, tako da pri nailasku struje gasa na tok sekundarnog goriva, čestice sekundarnog goriva istovremeno dobijaju impuls usmeren prema gore i prema napred. Istovremeno, jedan deo gasa bogatog kiseonikom prodire u tok sekundarnog goriva i meša se sa njim. Drugi deo gasa bogatog kiseonikom ispod parabole leta sekundarnog goriva oblikuje zonu gasa bogatog kiseonikom, u koju čestice sekundarnog goriva obavezno uranjaju kada prolaze svoju parabolu leta. Usled ova dva efekta dolazi do pravovremenog i efikasnog početka konverzije sekundarnog goriva, još dok čestice sekundarnog goriva prolaze kroz parabolu leta. Zbog skretanja toka sekundarnog goriva putem ubačene struje gasa bogatog kiseonikom produžavaju se putanja i trajanje leta sekundarnog goriva unutar komore peći. Verovatnoća da nepotpuno sagorele čestice čvrstog zamenskog goriva dođu u dodir sa materijalom za pečenje u komori peći, time se znatno smanjuje. Istovremeno se udeo zamenskog goriva u energetskoj mešavini gorionika za više vrsta goriva znatno povećava, a udeo visokokvalitetnih primarnih goriva srazmerno smanjuje, čime se može postići velika ušteda novca u odnosu na rad gorionika za više vrsta goriva u skladu sa stanjem tehnike.

[0005] Od suštinskog značaja za ovaj pronalazak je takođe i to da je sekundarno gorivo prilikom prolaska kroz komoru peći što je moguće duže izloženo atmosferi koja je što je moguće bogatija kiseonikom. Da bi se to postiglo, u jednom poželjnom izvođenju pronalasku je predviđeno da se dodatni gas bogat kiseonikom ubaci u deo komore peći kroz koji prilikom rada gorionika za više vrsta goriva prolazi tok sekundarnog goriva. Ubacivanje ovog dodatnog gasa bogatog kiseonikom, na primer posredstvom koplja ili više kopalja, koje/koja izlazi/izlaze unutar i/ili ispod transportne cevi na ulaznom otvoru gorionika i/ili kao posebno koplje/a ulazi/ulaze u komoru peći i koje je/su usmeren/i na jedno od područja kroz koji prolazi tok čestica sekundarnog goriva koji izlazi iz ulaznog otvora gorionika.

[0006] Kao "gas bogat kiseonikom" ovde treba podrazumevati gas sa sadržajem kiseonika većim od 50 zapr. %, poželjno sa sadržajem kiseonika većim od 95 zapr. %, posebno poželjno sa sadržajem kiseonika većim od 99 zapr. %. Gas bogat kiseonikom se na primer proizvodi u membranskim postrojenjima ili postrojenjima za kriogeno razlaganje vazduha i čuva u rezervoaru za kiseonik na mesto postavljanja gorionika za više vrsta goriva.

[0007] Upotrebom kiseonika umesto vazduha se posebno povećava i temperatura u komori peći, posebno u području ulaznog otvora gorionika. Visoka temperatura doprinosi efikasnom sagorevanju i takvih sekundarnih goriva, koja imaju samo malu kaloričnu vrednost koja je na primer manja od 10 MJ/kg. S druge strane, sekundarna goriva sa srazmerno visokom kaloričnom vrednošću prilikom sagorevanja sa čistim kiseonikom dovode do tako visokih temperatura, da bi kućište gorionika moglo da se ošteti. Kako bi se stoga postupak prema ovom pronalasku mogao primeniti i u slučaju opremljenosti peći raznim sekundarnim gorivima i/ili u slučaju vrlo nehomogenih tokova sekundarnog goriva poželjno je da se sadržaj kiseonika u gasu bogatog kiseonikom može regulisati u zavisnosti od izmerenih ili zadatih parametara postupka sagorevanja u komori peći. Na primer, ciljna vrednost sadržaja kiseonika se određuje u zavisnosti od korišćenog sekundarnog goriva ili od temperature ili od izmerene koncentracije izduvnog gasa u komori peći. Dodavanjem vazduha ili inertnog gasa gasu koji je bogat kiseonikom se zatim na adekvatan način podešava sadržaj kiseonika struje gasa koja se dovodi u tok sekundarnog goriva.

[0008] Za dodatno pospešivanje sagorevanja i stabilizacije toka sekundarnog goriva u komori peći je poželjno da se tok sekundarnog goriva obuhvati strujom uvrtloženog vazduha, koja se takođe sastoji od gasa bogatog kiseonikom. Dovodi za gas za uvrtloženi vazduh i za gas bogat kiseonikom koji se koristi za skretanje pri tom mogu da budu priključeni na zajednički dovodni vod za kiseonik, pri čemu su u jednoj varijanti odgovarajući sadržaji kiseonika međusobno nezavisno podesivi. To na primer uspeva tako što je odgovarajući dovodni vod za gas opremljen dovodom za kiseonik i dovodom za vazduh, koji su opremljeni prikladnim ventilima, koji se mogu aktivirati preko upravljačkog mehanizma.

[0009] Pomoću crteža je primer izvođenja ovog pronalaska detaljnije objašnjen. Jedini crtež (sl. 1) šematski prikazuje peć sa obrtnim cevima sa gorionikom za više vrsta goriva u uzdužnom preseku. Primer izvođenja prema sl.1 prikazuje gorionik za više vrsta goriva 1, na čijem ulaznom otvoru gorionika 2 radijalno sa spoljnje strane prstenasti kanal 3 za dovod primarnog sredstva za oksidaciju i osim toga radijalno sa unutrašnje strane prstenasti kanal 4 za dovod primarnog goriva izlazi u komoru peći 5. Kod primarnog sredstva za oksidaciju po pravilu se radi o vazduhu ili o gasu obogaćenog kiseonikom koji ima sadržaj kiseonika od 22 zapr. % i više. Kod primarnog goriva po pravilu se radi o visokokaloričnom gorivu poput prirodnog gasa, lož-ulja ili o čvrstom gorivo od uglja dobijenog pretvaranjem u prah ili o naftnom koksu, ali u obzir kao primarno gorivo dolaze i druge supstance, na primer mešavine visokokaloričnog i niskokaloričnog goriva. Osim toga, gorionik za više vrsta goriva 1 može da ima dovode koji ovde nisu prikazani, a koji su raspoređeni ispod horizontalne srednje ravni 6 gorionika za više vrsta goriva 1 i služe za dovod dodatnih gasovitih, tečnih ili čvrstih sekundarnih goriva, kao na primer mlevene životinjske kosti, rastvarači, staro ulje, itd.

[0010] Iznad horizontalne srednje ravni 6 gorionika za više vrsta goriva 1 nalazi se transportna cev 7 za sekundarno gorivo, posebno za sekundarno čvrsto gorivo, kao na primer usitnjeni plastični materijal, iseckane automobilske gume, staro drvo ili drugi otpadni materijali veličine čestica ili druga, po pravilu niskokalorična, čvrsta goriva. U ovde prikazanom primeru izvođenja se radijalno sa spoljnje strane prema transportnoj cevi 7 nalazi prstenasti kanal 8 za dovod uvrtloženog vazduha, koji je protočno spojen sa dovodom 9 za kiseonik. Osim toga su prstenasti kanali 3, 4 i 8 kao i transportna cev 7 unutar gorionika za više vrsta goriva 1 postavljeni paralelno njenoj uzdužnoj cevi.

[0011] Unutar obima prstenastog kanala 8 i ispod transportne cevi 7 prostire se dovodna cev za gas 11, koja je u prikazanom primeru izvođenja takođe protočno spojena sa dovodom 9. Dovodna cev za gas 11 neposredno ispred ulaznog otvora gorionika 2 odozdo sa jednim ukoso prema gore, znači u smeru komore peći 5 okrenutim krajnjim delom 12 ulazi u transportnu cev 7. Krajnji deo 12 omogućava uvođenje gasa koji struji kroz dovodnu cev za gas 11 u transportnu cev pomoću ukoso prema gore i prema komori peći 5 usmerenog impulsa. Krajnji deo 12 ulazi na primer u obliku proreza, koji se prostire u donjem području transportne cevi 7 u smeru njenog oboda kao otvor u zidu transportne cevi 7, ili krajnji deo 12 obuhvata veći broj izlaznih mlaznica za gas koje ulaze u transportnu cev 7 i koje imaju ili nemaju poprečni presek strujanja koji se sužava. Osim toga, krajnji deo 12 mora da završava poravnato sa unutrašnjim zidom transportne cevi 7 ili, kao dodatno skrećuća prepreka, sežu u unutrašnjost transportne cevi 7.

[0012] Na sl.1 prikazan je gorionik za više vrsta goriva 1 u njegovom ugradnom stanju u peći sa obrtnom cevi 13, na primer peći sa obrtnom cevi za proizvodnju cementa. Komora peći 5 peći sa obrtnim cevima 13 koja je prikazana samo u obliku isečka, obuhvata obrtno uležišteni bubanj 14, na čijoj čeonoj strani 15 je ugrađen gorionik za više vrsta goriva 1. Prilikom rada peći sa obrtnim cevima 13 bubanj 14 se puni materijalom za pečenje 16. Posle termičke obrade u peći sa obrtnim cevima 13 se materijal za pečenje 16 odvodi preko izlaznog otvora 17. Preko prstenastog kanala 3 gorionika za više vrsta goriva 1 se primarno sredstvo za oksidaciju, a preko prstenastog kanala 4 primarno gorivo dovodi u prostor cevi 5 i tamo, posle paljenja, generiše plamen 18. Preko dovoda van gorionika za više vrsta goriva 1 koji ovde nisu prikazani, još se jedno sredstvo za oksidaciju, koje se najčešće naziva "sekundarni vazduh" i koje u proizvodnju opeke čini najveći deo ukupno korišćenog sredstva za oksidaciju, dovodi u komoru peći 5. Istovremeno sa ubacivanjem primarnog sredstva za oksidaciju i primarnog goriva, preko transportne cevi 7 se sekundarno čvrsto gorivo, na primer usitnjeni plastični materijal, pneumatski ubacuje u komoru peći 5; po potrebi se preko dovoda koji ovde nisu prikazani ubacuju dodatna sekundarna goriva.

[0013] Istovremeno sa tokom sekundarnog goriva se preko dovoda za gas 11 u transportnu cev 7 ubacuje gas bogat kiseonikom. Impuls struje gasa dovodi do skretanja toka sekundarnog goriva prema gore. Na sl. 1 prikazana je tipična putanja leta 20 čestice izbačene iz transportne cevi 7. Može se prepoznati parabola leta, koja na svom početku u blizini ulaznog otvora gorionika 2 nije paralelna u odnosu na uzdužnu osu gorionika za više vrsta goriva 1, već je okrenuta prema gore. Na taj način se znatno povećava vreme leta čestice sekundarnog goriva, a time i vreme zadržavanja čestice unutar plamena 18. Na primer se vreme leta jedne čestice u odnosu na horizontalno izbacivanje iz ulaznog otvora gorionika pri inače konstantnoj jačini impulsa produžava sa oko 0,6 s na 1 s do 1,5 s. Istovremeno se struja gasa izbačena iz dovoda za gas 11 makar delimično meša sa tokom sekundarnog goriva u komori peći 5 i dovodi do rane konverzije sekundarnog goriva.

[0014] Dodatno na uvođenje gasa bogatog kiseonikom preko dovoda za gas 11 struja uvrtloženog vazduha bogata kiseonikom može da se ubaci preko prstenastog kanala 8. Struja uvrtloženog bogata kiseonikom dodatno stabilizuje tok sekundarnog goriva u komori peći 5 i istovremeno pospešuje njegovo brzo sagorevanje. Osim toga se može, što ovde nije prikazano, dopunski ili umesto struje uvrtloženog vazduha dodatni gas bogat kiseonikom, na primer putem kopalja ubaciti u komoru peći 5, kako bi se zona unutar komore peći 5 kroz koju prolaze čestice sekundarnog obogatila kiseonikom.

[0015] Pomoću uređaja za regulaciju 21 se može regulisati sadržaj kiseonika u struji gasa koja se dovodi u dovod za gas 11 i/ili prstenasti kanal 8. U tu svrhu je dovod za kiseonik 9 spojen sa dovodom za gas 22, preko kojeg se može dodavati vazduh ili inertni gas. Preko ventila 23, 24 odnos mešanja kiseonika i vazduha odn. inertnog gasa može da se podesi i prilagodi određenim parametrima procesa sagorevanja, na primer kaloričnoj vrednosti korišćenog sekundarnog goriva i/ili temperaturi ili koncentraciji štetnog sastojka u izduvnom gasu, koju mere prikladni senzori 25.

[0016] U ovde prikazanom primeru izvođenja se sadržaj kiseonika u dovodu za gas 11 i u prstenastom kanalu 8 reguliše na jedinstven način; međutim u sklopu pronalaska je takođe moguće da se za dovod za gas 11 i prstenasti kanal 8 predvidi poseban uređaj za podešavanje sadržaja kiseonika.

Spisak referentnih oznaka

[0017]

Claims (4)

Patentni zahtevi

1. Postupak za zagrevanje komore peći, kod kojeg se posredstvom gorionika za više vrsta goriva (1) primarno gorivo i primarno sredstvo za oksidaciju, kao i najmanje jedan tok sekundarnog goriva koji se sastoji od čvrstih čestica ubacuju u komoru peći (5), pri čemu se tok sekundarnog goriva pneumatski vodi kroz transportnu cev (7) gorionika za više vrsta goriva i u području ulaznog otvora (2) gorionika za više vrsta goriva (1) koji je okrenut prema komori peći (5) skreće uvođenjem struje gasa koja se ubacuje u donji deo transportne cevi (7),

naznačen time,

što se struja gasa ubačena u transportnu cev (7) sastoji od gasa bogatog kiseonikom, sa sadržajem kiseonika od preko 50 zapr. %, koji se sa tokom sekundarnog goriva meša makar u najvećoj meri i pri čemu se gas bogat kiseonikom pomoću kopalja ubacuje u deo komore peći (5) kroz koji prolazi sekundarno gorivo.

2. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time, što se kao gas bogat kiseonikom koristi gas sa više od 95 zapr. % kiseonika.

3. Postupak prema zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što se sadržaj kiseonika gasa bogatog kiseonikom reguliše u zavisnosti od izmerenih parametara procesa sagorevanja u komori peći (5).

4. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što se radijalno spolja u odnosu na tok sekundarnog goriva u komoru peći (5) ubacuje struja uvrtloženog vazduha koji se sastoji od gasa bogatog kiseonikom.