Zbigniew KOCHEL
ZPBE Energopom iar sp. z o.o., Gliwice
WYSOKOSPRAWNE EKOLOGICZNE PALNIKI DO SPALANIA PALIW CIEKŁYCH
S tre s z c z e n ie . Przedstaw iono inform acje o p a ra m e tra c h technicz
nych i eksploatacyjnych gazodynam icznych palników olejowych kon
strukcji Politechniki Śląskiej i E nergopom iaru Gliwice. P alnik i stoso
w ane są w elektrow niach i elektrociepłow niach do uru ch am ian ia kotłów parowych i wodnych oraz stabilizacji sp a la n ia pyłu węglowego w tych kotłach. P ra k ty k a potw ierdziła ich wysoką spraw ność cieplną i zredu
kow aną do m inim um emisję szkodliwych substancji.
H IG H -E FFIC IE N T ECOLOGICAL OIL BURNERS
S u m m a ry . Inform ation about technical and operation d a ta of tw in oil b u rn ers constructed by Silesian Technical U niversity and Energopom iar Ltd Gliwice are presented. The b u rn ers are m ainly designed for sta rtin g and stabilization of coal d u st com bustion in steam and w a te r boilers in power p lan ts and combined h e a t and power plants.
In d u stria l application proved h igh th erm al efficiency of burners operation and very sm all p o llu tan ts emission.
HOCHEFEKTIVE UM W ELTFREUNDLICHE BRENNER ZUR VERBRENNUNG VON FLÜSSIGEN BRENN STO FFEN
Z u s a m m e n fa s s u n g . Im B eitrag w erden die technischen und betrieblichen D aten von gasdynam ischen Ö lbrennern dargestellt, deren K onstruktionen in der Technischen U n iv e rsitä t Gliwice un d in der F irm a Energopom iar Gliwice bearbeited w orden sind. Die Praxis zeigt daß diese B renner als hochefektive u nd um w eltfreundliche bezeichnet werden. Die bearb eiteten u n d herg estellten Ö lbrenner
w erden in K ra ft- und H eizkraftw erken sowohl zur Inbetriebsetzung von D am pf- und W asserkesseln, als auch zur Stabilisierung von Staubkohleverbrennung in diesen Kesseln.
W przem yśle często spotyka się palniki olejowe, które ze względu n a prze
sta rz ałą konstrukcję nie zapew niają prawidłowego (zupełnego i całkowitego) spalan ia oleju. W Polsce palniki tak ie najczęściej stosow ane są w energetyce i ciepłownictwie do rozpałki i stabilizacji spalan ia w kotłach parowych i wod
nych. Nieprawidłowe spalanie w tych palnikach przynosi zarówno straty cieplne, ja k i powoduje n adm ierną emisję sadzy, tle n k u węgla oraz węglowo
dorów. Zespół pracowników In sty tu tu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej oraz Energopom iaru Gliwice w wyniku wieloletnich prac badawczo-wdroże- niowych opracował nowe konstrukcje palników z rozpylaniem parowym lub powietrznym , które zapew niają bezdymne, całkowite i zupełne spalanie paliw ciekłych, w tym ciężkich olejów odpadowych, przy bardzo niskiej emisji szkod
liwych składników [1, 2, 3, 4, 5],
Lekkie oleje opałowe i olej napędowy, które stosow ane są najczęściej w ciepłowniach, spraw iają nieco mniej kłopotów przy sp alaniu niż oleje ciężkie, lecz spalanie niskoem isyjne tych lżejszych paliw także możliwe je s t jedynie w przypadku właściwej konstrukcji palników.
Om awiane palniki są konstruow ane dla szerokiego zakresu wydajności nom inalnych oraz dostosowanego do możliwości użytkow nika zakresu ciśnień czynników roboczych. Mogą one być stosow ane w celach rozpalania i stabiliza
cji kotłów, ale również do ciągłego sp alania olei w kotłach. Jed en z w ariantów końcowki p alnika podano n a ry su n k u 1. Proponowane wydajności nom inalne obejm ują zakres 100 - 2500 kg/h przy regulacyjności pojedynczego palnika 1: 3.
Rys. 1. Końcowka gazodynam icznego palnika olejowego Fig. 1. Tip of th e tw in -flu id oil b u m er
Rozwiązania konstrukcyjne tych palników opierają się n a k ilku polskich p aten tach autorów niniejszego refe ra tu [6, 7]. Zostały dotychczas zastosowane w k ilku elektrow niach, między innym i Łaziska, Siersza, Rybnik oraz w cie
płowni PEC Gliwice.
Palniki mogą być konstruow ane w w ersjach w ysoko- i niskociśnieniowych, jeżeli chodzi o ciśnienie oleju. Dla w ersji wysokociśnieniowych je s t to zakres ciśnień 2,5 - 4,0 MPa, dla niskociśnieniowych 0,3 - 1,5 MPa. Jak o czynnik rozpylający stosuje się parę wodną suchą lub powietrze, przy czym preferuje się ciśnienie tego czynnika w zakresie 0,2 - 1,2 M Pa. N a rysun kach 2 i 3 podano przykładowe ch arak tery sty ki wydajnościowe palników niskociśnie
niowych o różnych zakresach wydajności. N a ry su n k u 2 podano ch arak tery s
tykę p aln ik a mazutowego o wydajności zm ieniającej się od 300 do 900 kg/h, przy zakresie ciśnienia m azu tu 0,3 do 1,2 M Pa. J e s t to palnik, w którym
0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0 1 .2
Pm M P a c iś n ie n ie m a z u tu
Rys. 2. C harakterystyka wydajnościowa palnika m azutow ego Fig. 2. M azout burner rate curves
czynnikiem rozpylającym je s t p a ra wodna. N a ry sunku 3 pokazano z kolei charakterystykę p aln ika n a olej napędowy O N -2, w którym czynnikiem roz
pylającym je st sprężone powietrze. Wydajność tego p alnik a zm ienia się od 100 do 280 kg/h przy zakresie ciśnienia oleju 0,2 - 0,9 MPa. W obu zaprezentowa
nych przypadkach p aram etry czynników w palnikach powinny być dobierane w te n sposób, aby p u n k t pracy palnika leżał n a linii „granicy dym ienia”. Przy takim położeniu p u n k tu pracy palnika uzyskuje się zarówno dobrą jakość spalania, bardzo n iską emisję szkodliwych składników, ja k i dobre własności prom ieniste płomienia.
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Po MPa ciśnie n ie oleju n ap ę d ow e g o
Rys. 3. C harakterystyka wydajnościowa palnika n a olej napędow y O N -2 Fig. 3. R ate curves o f oil burner for oil O N -2
Istotnym w skaźnikiem jakości p aln ik a je s t zużycie czynnika rozpylającego.
W om awianych palnikach zużycie czynnika rozpylającego mieści się w zakre
sie 0,08 - 0,15 kg cz. rozp/kg paliwa. N a ry su nk ach 4 i 5 podano zużycie czynnika rozpylającego dla palników, których ch arak terysty ki wydajnościowe zaprezentow ano n a rysunkach 2 i 3.
W ażną cechą om awianych palników je s t ich p ro sta konstru kcja oraz łatw a możliwość zainstalow ania w miejsce palników starych - często z wykorzysta-
kg pary kg maz.
k
m m kg/h w ydajność palnika Rys. 4. Zużycie pary rozpylającej dla p alnika z rys. 2
Fig. 4. A tom izing steam consum ption by burner from Fig. 2
m 0 kg/h w yd a jno ść palnika Rys. 5. Zużycie pow ietrza rozpylającego dla p alnika z rys. 3
Fig. 5. A tom izing air com sum ption by b u m er from Fig. 3
niem pewnych elem entów starych rozw iązań. Ich eksploatacja daje użytkow nikowi szereg korzyści. P alnik cechuje się łatw ym zapłonem i stabilnym płom ieniem w w aru nk ach zimnej kom ory kotła. W yeliminowane zostają ucią
żliwości eksploatacyjne związane z osadzaniem się niespalonych części sta
łych i ciekłych w k an ałach spalinowych. U zyskuje się całkowite i zupełne spalanie paliw a ciekłego.
Przeprowadzone pom iary u dotychczasowych użytkowników wykazały kikunastokrotne obniżenie emisji części stałych (sadzy) i kilkukrotne wielo
pierścieniowych węglowodorów arom atycznych (WWA) do atm osfery. W tabli
cy 1 podano uśrednione wyniki pom iarów emisji sadzy, substancji smolistych i węglowodorów arom atycznych, wykonanych podczas sp alania oleju napędo
wego O N -2 za pomocą palników ciśnieniowych, stosow anych uprzednio oraz palników gazodynamicznych konstrukcji Politechniki Śląskiej i Energopomia- ru Gliwice, które są stosowane obecnie [5], Pom iary wykonano n a kotle W P-70 w PEC Gliwice, a próbki spalin pobierano z przew odu spalinowego przed obrotowym podgrzewaczem powietrza.
T a b lic a 1 Z a w a r to ść s a d z y , s u b s ta n c ji s m o lis ty c h i w ie lo p ie r ś c ie n io w y c h w ę g lo w o d o r ó w aro
m a ty c z n y c h w s p a lin a c h w p r z e lic z e n iu n a je d n o s t k ę e n e r g ii c h e m ic z n e j p a liw a
Sadza Subst. sm oliste WWA
Typ palników
g/GJ g/GJ mg/GJ
C iśnieniow e (stare) 67,17 2,87 3,59
G azodynam iczne (nowe) 4,8 0,58 0,71
Przy właściwym zorganizow aniu pow ietrza do sp alania (przy rozruchu kotła palniki mogą pracować, do pewnego etapu, bez uru ch am ian ia w entyla
torów powietrza) możliwe je s t zm niejszenie emisji tlenków azotu (NOx).
Dotychczasowa eksploatacja palników wykazała, że ze względu n a wysoko- spraw ny przebieg procesu sp alan ia paliw a ciekłego uzyskuje się wyższą tem p e ra tu rę płomienia. Przy u trzy m an iu param etrów pracy p aln ika w pobliżu
„granicy dym ienia” zapewnione są dobre własności prom ieniste płomienia, co w połączeniu z wysoką jego te m p e ra tu rą intensyfikuje w ym ianę ciepła i spra
wia, że odpowiedni dla w arunków konkretnego kotła s ta n n ag rzan ia komory sp alan ia osiąga się przy m niejszym zużyciu paliw a. Efekty w zakresie osz
czędności paliw a są rzędu 20%.
LITERATURA
[1] B adania różnych konstrukcji palników olejowych rozpałow o-stabiliza- cyjnych. Opracowanie ZPBE Energopom iar, Gliwice 1987.
[2] Spraw ozdanie z pracy nauk. bad. N B-440/RM E-3/87 dla El. Łaziska.
ITC Pol. Śl., ZPBE Energopom iar, Gliwice 1987.
[3] Spraw ozdanie z pracy badawczo-wdrożeniowej NB-161/RM E-3/W 919/89 dla El. Siersza. ITC Pol. Śl., ZPBE Energopom iar, Gliwice 1989.
[4] Spraw ozdanie z pracy nauk. bad. N B -152/R M E-3/89 dla EC Kraków Łęg. ITC Pol. Śl., ZPBE Energopom iar, Gliwice 1990.
[5] Spraw ozdanie z pracy bad. wdróż, w PEC Gliwice, Gliwice 1994.
[6] P a te n t N r 159253. „Sposób i urząd zenia do rozpylania paliw ciekłych”.
[7] P a te n t N r 155719. „Palnik do sp alan ia paliw ciekłych”.
