Способ сжигания пылевидного топлива

 

Использование: в топках экологически чистых котельных агрегатов на тепловых электростанциях и в промышленных котельных с целью снижения содержания токсичных веществ в продуктах сгорания. Сущность изобретения: применение двухступенчатого высокотемпературного предварительного подогрева пылевидного топлива в пылепотоках высокой концентрации с последующим их смешением с продуктами неполного сгорания вспомогательного топлива, степенью неполноты сгорания которого одновременно ограничивают заданную температуру подогрева пыли Б первой ступени и содержание оксидов азота в уходящих дымовых газах, для восстановления которых в молекулярный азот применяют частично охлажденные продукты неполного сгорания вспомогательного топлива, подводимые к корню факела . 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (зов F 23 С 11/00

В гОсудАРстВеннЫй кОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4886672/06 (22) 30.11.90 (46) 23.07.92. Бюл. М 27 (71) Западный филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского .. института им, Ф.З.Дзержинского (72) Г,IQ.Âàðàíêèí, В.Л.Носихин, 3.И.Тажиев, О,Г.Зуев и Е.В.Чернышев (56) Котлер В.Р, Оксиды азота в дымовых газах котлов. — М.: Энергоатомиздат, 1987, с.82, рис.3.21.

Муравкин Б;Н. и др. Перевод котла . ТПП вЂ” 210А, сжигающего кузнецкий тОщий уголь, на подачу пыли высокими концентрациями; — Теплоэнергетика, 1990, М 2. с.2529.

Авторское свидетельство СССР

N 1170226, кл. F 23 К1 00, t985.

Авторское свидетельство СССР

hL 1191679, кл. F 23 С 11/00, 1985. (54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ ПЦЛЕВИДНОГО

ТОПЛИВА

Изобретение относится к области сжигания твердых топлив с низким содержанием летуяих веществ (например. антрацитовых штыбов — АШ, тощих углей и др.) в топках экологически чистых котельных агрегатов и может быть использовано на тепловых электростанциях и в промышленных котельных.

Известно.. что предварительный прогрев угольной пыли перед подачей в зону горения способствует лучшему и более раннему воспламенению аэросмеси и снижает недожог. Кроме того. если процесс прогреве производится в восстановительной среде и до температуры 860-1000 К, снижается ин.. Ж 1749616 А1 (57) Использование: в топках экологически чистых котельных агрегатов на тепловых электростанциях и в промышленных котельных с целью снижения содержания токсичных веществ в продуктах сгорания.

Сущность изобретения: применение двухступенчатого высокотемпературного предварительного подогрева пылевидного топлива в пылепотоках высокой концентрации с последующим их смешением с продуктами неполного сгорания вспомогательного топлива. степенью неполноты сгорания которого одновременно ограничивают заданную температуру подогрева пыли в первой ступенй и содержание оксидов азота в уходящих дымовых газах, для восстановления которых в молекулярный азот применяют частично охлажденные продукты неполного сгорания вспомогательного топлива, подводимые к корню факела. 4 ил. тенсивность процесса образования выбросов оксида азота в 2-2,5 раза (за счет разрушения аэотсодержащих компонентов топлива. выходящих вместе с летучими, и последуЮщего восстановления азотистых неуСтойчивых радикалов типа HCN и ИНз в безвредный молекулярный азот N2). Обеспеченйе необходимой восстанвоительной среды в процессе прогрева угольной пыли возможно, например, подачей последней концентрированными пылепотоками в автономном транспортирующем воздухе с соотношением 20-50 кг/кг и более (вместо 0,5 кг/кг при транспорте аэросмеси первичным воздухом в традиционных системах).

1749616

Недостатком известного метода для по- В известном способе реализуется более давления выбросов оксидов азота является эффективное использование вспомогательнеполное восстановление азотистых ради- ного топлива для раннего зажигания основкалов в молекулярный азот, вследствие не-. ноготоплива и повышения устойчивости его . достатка восстановительной среды при 5 воспламенения за счет подвода в .корень низком выходе летучих в указанном классе пылеугольного факела не успевших полнотоплив и большом содержании азота в топ- стью сгореть высокореакционных промежуливе, достигающем К = 1,5 — 1,9,; точных продуктов сгорания (радикалов)

Известны также способы подготовки вспомогательного топлива и неохлажден- . твердоro потока к сжиганию, осуществляе- 10 ных продуктах его сгорания, образованных мые путем ввода концентрированного пото- при одностадийном сжигании в стехиометк а угол ь н о и и ы ли вместе с рическом (или сверхстехиометрическом) сотранспортирующим воздухом в центр (по отношении топлива с подведенным оси) вихревого потока, образованного при первичным воздухом. сжигании вспомогательного топлива с воз- 15 Однако экспозиция предварительного духом и нагрева пыли при непосрефствен- прогрева аэросмеси неохлажденными про. ном воздействии на него факелом, дуктами сгорания вспомогательного топлиполученным при сжигании вспомогательно- . ва ограничена временем существования в

ro топлива. В данных способах особое вни- них радикалов — 10-100 мс. При условии, что мание уделено интенсивному подогреву 20 ввод высокотемпературных продуктов сгопыли как фактору повышения эффектйвно- рания в аэросмесь в виде центрального пости сжигания недожога за счет повышения тока предусматривает предварительное температуры на начальном участке факела перемешивание пыли с воздухом, т;е. при и в "зоне приосевой рециркуляции продук- малой концентрации пыли в потоке аэросметов сгорания к корню факела. 25 си и в отсутствии интенсивного перемешиОднако не.обеспечены необходимыеус- вания неохлажденных продуктов с ловия для эффективного процесса восста- аэросмесью (так как в противном случае рановлейия азотсодержащих радйкалов и дикалыпреждевременнодогоралибыввозоксида азота до молекулярного азота, духе аэросмеси до поступления в корейь

Вследствие этого данным способам прису- 30 факела), предварительный высокотемперащи недостаточно высокие экологические турный подогрев самой пыли в аэросмеси показатели йодавления оксидов- азота, а практически отсутствует и не предусмотрен также и экономичность. Отмеченные недо- данным способом, статки обусловлены прежде всего односта- Наряду с этим отдельные частицы пыли

" диййостью сжигания вспомогательного 35 в потоке аэросмеси, непосредственно контоплива с коэффицйентом избытка воздуха тактирующие с высокотемпературными (до а ) 1,0 и прямым койтактом высокотемпе- 2000 К) продуктами, оплавляются и, коагулиратурного.(до 2000 К) факела вспомогатель- руя, под.действием центробежных сил соного топлива с пылью на всем йротяжении здают шлакование элементов устройств и

" процесса ее йредварительного подогрева. 40 недожог твердого топлива. ОдностадййЭто приводит к повышенному образованию ность процесса сжигания вспомогательного оксидам азота при сжигании вспомогатель- топлива с высоким пирометрическим уровного топлива, оплавленйю, слипанию и се- немсоздаетповышеннуюконцентрациюокпарации отдельных частиц топлива, сидов азота в продуктах его сгорания. Ввод вызывающих недожог и шлакование топки 45 пыли малой концентрацией с большим обьи элементов горелки, преждевременному емом транспортирующего воздуха аэросмевыгоранию выделяющихся летучих веществ си в зону горения создает повышенный в процессе прогрева пыли и обеднению ими избыток воздуха на начальном участке факепылесмеси, поступающей в зону горения, с . ла и повышает образование "термических" затягиванием процесса воспламенения и 50 оксидов азота при воспламенении. инициидополнйтельным увеличением недожога.. руемом быстрым сгоранием радикалов вспомогательного топлива в корне факела, Наиболее близким к изобретению явля- количество и время существования которых ется способ сжигаййя пылевидного топлива недостаточны для обеспечения восстановипутем подачи в зону горения аэросмеси, 55 тельных реакций оксида азота в зоне горе-. вторичного воздуха и неохлажденных про- ния основного топлива. В результате дуктов сгорания вспомогательноготоплива, выявленных факторов известному способу которые вводят в аэросмесь в виде цент- присущи недостаточные экономичность и рального потока до подачи в нее вторичного экологйческие показатели подавления окСивоздуха. дов азота.

Целью изобретения является снижение . выбросов токсичных веществ в дымовых газах и повышение эффективности сжигания основного и вспомогательного топлив.

Указанная цель достигается путем более полного восстановления аэотсодержащих компонентов топлива и оксида азота, образующегося при его сжигании в молекулярный азот и снижения недожога при более рациональном использовании вспомогательного топлива.

Сжигание пылевидного топлива осуществляют путем подачи в зону горения пылесмеси и вторичного воздуха, предварительного сжигания вспомогательного топлива с первичным воздухом и ввода продуктов его сгорания в пылесмесь до подачи в нее вторичного воздуха. Количество подведенного вспомогательного топлива соответствует заданным пределам измеряемых тепловых потерь от неполноты сгорания топлива, а количеством окислителя, подведенного в зону горения, обеспечиваloT оптимальйый коэффициент избытка воздуха в зоне горения, определяемый по минимуму измеренных суммарных тепловых потерь в продуктах сгорания.

Вспомогательное топливо сжигают частично — при соотношении с первичным воздухом ниже стехиометрического, с пределом снижения его количества, ограниченного условием устойчивости воспламЕнения сжигаемого вСпомогательного топлива. чем достигается ограничение первичного образования оксидов азота при сжигании вспомогательного топлива с недо.статком окислителя и пониженном температурном уровне, и образование продуктов неполного сгорания (СО, Hg и СН4), являющихся восстановителями для оксидов азота, образующихся в зоне горения, пылесмесь подают концентрированными потоками в зону частичного сжигания вспомогательного топлива без непосредственного контакта пыли с продуктами неполного его сгорания, что обеспечивает предварительный подогрев пыли без сплавления отдельных частиц и шлакования зоны сжигания вспомогательно о топлива, а также частичное восстановление азотсодержащих компонентов топлива в молекулярный азот за счет выделяемых при подогреве пылесмеси летучих веществ иэ пыли, при малом содержании окислителя в пылесмеси и предотвращении преждевременного выгорания летучих веществ в факеле вспомогательного топллва.

Предварительный нагрев пыли производят до температуры, не превышающей точку начала деформации пыли в восстановительной среде, чем обеспечивают надежное ее

40 восстановление оксида азота. образовавшегося к этому моменту в зоне горения при

50

25 поступление по обогреваемым пылеканалам без образования отложений на их внутренних поверхностях при условии. что температурные характеристики золы, а следовательно, и пыли в восстановительной среде снижаются.

Предварительно нагретую пыль вводят тангенциальными струями в закрученный поток продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива, частично охлажденных при предварительном нагреве пыли, чем обеспечивают качественное распыление концентрированных пылепотоков без применения механических рассекателей, подверженных повышенному абразивному износу, быстрое перемешивание пыли с восстановительной средой продуктов неполного сгорания и дополнительный прогрев пыли с более глубоким выходом летучих веществ и азотистых радикалов и восстановителем последних в молекулярный азот при малой концентрации окислителя в смеси, причем предварительным частичным охлаждением продуктов неполного сгорания и тангенциальным вводом струй пыли в закрученный поток снижают вероятность налипания пыли и шлакования элементов горелки и топки, а также повышают крутку потока. что способствует в дальнейшем лучшему перемешиванию со вторичным воздухом и более раннему воспламенению со снижением недожога.

Полученную готовую пйлевзвесь в восстановительной среде продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива вдувают в зону горения, чем достигается подвод к корню факела восстановительной среды, полученной при частичном сгорании вспомогательного топлива, и более интенсивное воспламенении и сжигании поступившей перед этим пылесмеси, причем при описанном механизме в зоне горения создается избыток продуктов восстановительных реакций, часть из которых участвует в восстановлении NO и йр, а другая часть воспламеняется и инициирует воспламенение взвешенной в них пыли, что позволит снизить недожог и более рационально использовать вспомогательное топливо.

Оптимальный коэффициент избытка воздуха для совместного (полного) сжигания основного топлива и продуктов неполного сгорания, не вступивших в реакции восстановления, поддерживают количеством подведенного вторичного воздуха, чем ограничивается условие, что только количеством подведенного вторичного воздуха обеспечивается необходимое количество

1749616,окислителя в зоне горения, при котором путем измерения достигают минимум суммарных тепловых потерь, а подводом пыли беэ окислителя непосредственно в самой пылесмеси, эата нагретой и взвешенной в выcoKQppàKèè0ííûõ газообразных продуктах неполного. сгорания вспомогательного топлива, обеспечивается стабильность воспламенения пыли при одновременном снижении выбросао токсичных веществ в уходящих дымовых газах за счет минимальна возможной концентрации окислителя на начальном участке воспламенения.

При изменении расходов и характеристик пылевиднаго и вспомогательного топлив дополнительно измеряют температуру подогрева пыли перед ее вводом в закрученный поток частично охлажденных продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива, а также — содержание оксидов азота в дымовых газах, выходящих из зоны горения, чта связано с изменением этих параметров при указанных условиях (изменении расходов и характеристик топлив).

Полученные результаты измерений сравнивают с максймально-допустимыми заданными значениями вышеуказанных параметров и при превышении хотя бы одного из них корректируют степень неполноты предварительного сгорания вспомогательного топлива, уменьшая количество подаваемого первичного воздуха до достижения заданного значения отклонившегося параметра, чем обеспечивается надежность работы пылеканалов без отложений и необходимый избыток восстановительной среды для обеспечения непревышения заданного уровня выбросов оксидов азота в дымовых газах.

На фиг.1 схематично изображена горелка для реализации предлагаемого способа, продольный разрез: на фиг,2 — сечение А-.А на фиг.1; на фиг.3 — сечение  — B на фиг.1; на фиг.4 — схема аппаратурного обеспечения контрольно-измерительными прибоРами горелки и зоны горения, при автоматизации предлагаемого способа.

Горелка 1 содержит камеру 2 для сжигания вспомогательного топлива с форсункой

3 (или соплом) для его подачи и запальник 4.

Снаружи камеры 2 с образованием кольцевого канала 5 размещена рубашка 6, подключенная к патрубку 7 первичного воздуха, на входе в камеру 2 установлен эакручивающий аппарат 8. Выходной патрубок 9 камеры 2 подсоединен к каналу 10 смесеабразования пыли концентрированных пылепотоков с частично охлажденными продуктами неполного сгорания вспамогательного топлива. коаксиальна которому размещен канал 11 вторичного воздуха, снабженный эакручивающим аппаратом 12.

В канале 10 (фиг.2) на наружной поверхно5 сти выходного патрубка 9 установлены продольно (вдоль оси арелки 1) трубки 13 концентрированной пылесмеси. выведенные через камеру 2 наружу и подключенные к кольцевому коллектору 14 концентриро10 ванной пылесмеси, Противоположные (выходные) концы трубок 13 изогнуты и направлены тангенциально (no касательным) к внутренней образующей выходного патрубка 9 (фиг.3). Камера 2 сгорания вспо15 могательного топлива и патрубак 9 футерованы изнутри огнеупаром для повышения надежности работы, а участки трубок 13, размещенные в камере 2, защищены тонким антикоррозионным покрытием 15, устойчи20 вым к высокотемпературной коррозии, имеющей место в восстановительной среде. На внутренней поверхности канала 10 смесеобразования установлено также защитное покрытие 16 из изнасостойкого материала, 25 устойчивого к высокотемпературной коррозии. Горелка 1 подключена своими каналами 10 и 11 смесеобразования и вторичного воздуха к топке с зоной 17 горения и может быть снабжена дополнительно каналами

30 или соплами третичного воздуха и каналом газов рециркуляции. а отдельные трубки 13 концентрированной пылесмеси или их группы могут быть подключены к индивидуальным пылепитателям (не показаны).

Аппаратурное обеспечение контрольно-измерительными приборами содержит (фиг,4) датчик 18 содержания кислорода, датчик 19 концентрации оксидов азота(МОх)

40 и датчик 20-23 содержания горючих компонентов хим-и мехнедожога соответственно по СО. Н2, СН4 и твердым частицам углерода

С, в уходящих дымовых газах за зоной 17 горения (например, на выходе из топки), а

45 также датчики 24 температуры стенок трубок 13, установленные около их выходных концов и датчики 25-28 суммарных расходов концентрированной пылесмеси, вспомогательного топлива, первичного и

50 вторичного воздуха, подаваемых в горелку

1, соответственно. Выходные сигналы всех датчиков поданы на группу вхадао блока 29 сравнения и выработки управляющих импульсов, на другую группу входоо которого

55 подключены выходные сигналы сравнения блока 30 задатчика контролируемых параметров. Управляющие импульсы, вырабатываемые блоком 29 сравнения. подключены к исполнительным механизмам 31-34 регулирования расходов концентрированной пы1749616,10 лесмеси, вспомогательного топлива, первичного и вторичного воздуха на подводе в горелку 1 соответственно, Пример 1. Вспомогательное топливо подают в камеру 2 горелки 1 (фиг.1) через форсунку (сопло) 3 и воспламеняют с помощью запальника 4. Первичный воздух подводят в соотношении с топливом ниже стехиометрического

5 значения (т.е, 0,6 < a> <1,0) к патрубку 7, по которому он поступает в кольцевой канал

5, где подогревается, охлаждая стенки камеры 2. Далее через з;. ручивающий аппарат

8 подогретый воздух поступает в камеру 2, где происходит частичное (предваритель15 ное) сжигание вспомогательного топлива с пониженным первичным образованием окисдов азота (вследствие ограниченных температурного уровня горения и количества подведенного окислителя) и интеснивным образованием продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива (СО, Hz и СНд), являющихся восстанвоителями оксида азота N0 и азотсодержащих компоненазота М2. Из камеры 2 образовавшиеся высокотемпературные продукты неполного сгорания вспомогательного топлива поступают в патрубок 9, нагревают его стенки и

30 выходят в канал 19 горелки 1, Концентрированная пылесмесь, подведенная во взвешенном состоянии в автономном транспортирующем воздухе (с концентрацией 20 — 100 кг пыли/кг воздуха), поступает

35 из кольцевого коллектора 14 в трубки 13 под давлением транспортирующего воздуха и нагревается в них за счет теплообмена теплом, выделенным при частичном сгорании вспомогательного топлива в камере 2, без непосредственного прямого воздействия факела на пыль, проходящую через зону предварительного частичного сжигания вспомогательного топлива по трубкам 13. В результате теплообмена и предварительного нагрева пыли в концентрированных потоках в трубках 13 продукты неполного сгорания вспомогательного топлива частично охлаждаются. При этом в камере 2 преобладающее. значение имеет радиационная

50 составляющая теплообмена, а при непосредственном контакте трубок 13 с наружной поверхностью выходного патрубка 9, раскаленного до свечения стенок, -теплопроводность и в меньшей степени радиационная составляющая

Организация первой ступени предварительного двухступенчатого подогрева пыли автономно в трубках 13 без непосредственного воздействия факелом на пыль исключает оплавление отдельных ее частиц, тов твердого топлива до молекулярного.25 налипание и шлакование эоны частичного сжигания всйомогательного топлива с лучшей организацией процесса его сжигания, В процессе подогрева концентрированных потоков пылесмеси в трубках 13 происходит частичный выход летучих веществ, обеспечивающих частичное восстановление азотсодержащих компонентов топлива в молекулярный азот Nz (неполнота восстанволения обусловлена неполным выходом летучих веществ и азотйстых радикалов при ограниченных пирометрическом уровне нагрена в первой ступени, экспозиции и роцесса и присутствйя хоть и в малых количествах окислителя, транспортйрующего пыль в трубках 13). Температуру нагрева пыли в. первой ступени ограничивают условием ее непревышения по сравнению с тачкой начала деформации пыли в восстановительной среде, выделяющихся летучих веществ. Это имеет весьма существенное значение для предотвращения налипания пыли и образования отложений на внутренних стенках трубок 13, а также исключения последующего шлакования канала 10, амбразуры горелки 1 и элементы топки, так как известно. что восстановительная среда снижает температурные (плавкостные) характеристики золы, а следовательно, и пыли, Например, исследованиями установлено, что при нагреве концентрированной пылевзвеси АШ в трубах до температуры 870 К и соответствующей температуре стенки трубы примерно 1000 К внутренняя поверхность труб остается чистой. Появление отложений наблюдается при нагреве пыли свшые 1100 К (для сравнения средняя температура начала деформации золы кузнецких тощих углей и АШ, (ц), в присутствии воздуха равна 1370 К. Поэтому в предлагаемом способе температуру нагрева пыли в первой ступени предварительного двухступенчатого подогрева измеряют (например, косвенно, путем определения температур стенок выходных участков трубок 13 при известном (50-150 С ее превышении над температурной пыли) и ограничивают степенью неполноты сгОрайия вспомогательного топлива в камере 2, что осуществляют уменьшением количества подводимого в камеру 2 первичного воздуха по условию непревышения этой температуры по сравнению с заданной и в независимости от полного расхода вспомогательного топлива, определяемого другими условиями.

Давлением транспортирующего воздуха частично подогретая в трубках 13 пыль поступает тангенциально направленными струями в закрученный поток частично охлажденных продуктов неполного сгорания

1749616

12 вспомогательного топлива, поступающих из выходного патрубка 9 в канал 10 смесеобраэования торелки 1. Тангенциальным подводом струй пылесмеси иэ изогнутых выходных концов трубок 13 (фиг.3) обеспечивается дополнительное увеличение крутки вихревого потока (за счет увеличения тангенциальной составляющей его скорости). ускоря ются и роцессы смесеобрэзования и прогрева пыли и улучшается равномерность последнего. При этом снижается необходимое время пребывания пыли в канале 10, сокращается его длина и предотвращается налипание частиц пыли на стенки. Кроме того, отпадает необходимость в распыливании потока механическим рассекателем, применяемым для этой цели и сильно подверженным абразивному износу пылью.

Подогрев пыли в канале 1.в процессе смесеобраэования с частично охлажденными продуктами неполного сгорания вспомогательного топлива является второй (высокотемпературной) ступеньЮ предваpuтельного двухступенчатого нагрева пылесмеси и обеспечивает ее дополнительный быстрый подогрев до температуры, близкой к температуре восстановительной среды (ориентировочно, 900-1100 К). Оставшиеся после первой ступени нагрева пили невосстановленные азотсодержащйе "компоненты топлива полностью восстанавливаются в молекулярный азот в избытке восстановительной среды (состоящей из продуктов.йеполного сгорания вспомогательного топлива) и при более глубоком выходе горючих летучих веществ из пылевидного топлива без их.преждевременйого сгорайия до подачи в зону 17 горения, участвующих также в восстановительных реакциях азотистых радикалов топлива в Nz (в отличие от прототипа).

Подготовленную таким образом пылевзвесь в восстановительной среде газообразных продуктов неполного сгорания вспомогатеЛьного топлива вдувают в зону 17 горения топки и подводят к корню факела. Имеющиеся в нем к этому моменту оксиды азота (образованные привоспламенении и сжигании ранее поступившей пылесмеси) восстанавливаатся до молекулярного азота N2.

Процесс восстановления описывается следующими уравнениями химических реакций

2NQ+2СΠ— 2СО2+ К2, 2 NO + 2 Н2 2H20 + М2.

По сравнению с известными способами для более полного восстановления оксида азота предусмотрен гарантированный избыток продуктов неполного, сгорания (восстановительной среды) вспомогательного топлива, подводимых в зону 17. Это обеспечивается такой степенью неполноты сгорания вспомогательного топлива с учетом полного его расхода, при которой содержание оксидов азота в продуктах полного сго.рания, выходящих иэ эоны 17; не превышает заданного содержания. Для выполнения данного условия количество первичного

10 воздуха, подведенного в камеру 2, одновременно ограничивают и по условию непревыщения содержания NOX в уходящих дымовых газах эа зоной 17 горения (определенного путем измерения) по сравйению с

15 заданным значением путем уменьшения количества первичного воздуха в случае превышеНия зад анного значения ЙОх в дымовых газах

Таким образом, степень неполноты сгорания вспомогательного топлива регулиру20 ют количеством подведенного первичного воздуха при превышении хотя бы одного из максимально допустимых заданных значений йараметров: температуры нагрева пыли в первой ступени:подогрева пыли и содержания ЙОх в дымовых газах путем их иэме25 рения и до приведения отклонившегося параметра в соответствие с заданным его значением путем сравнения с результатами

30 измерения

Отсутствие организованного подвода окислителя (воздуха) по каналу 10 в зону 17 при минимальном его количестве в концентрйрованной пылесмеси задерживает преж35 девременное воспламенение и сгорание высокореакционных продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива, чему чальное) использование этих продуктов для восстановления оксида азота NO u Nz. Избыточная часть продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива (не вступивших в реакции восстановления) по мере постепенного подмешивания к ним вторичного воздуха, подведенного в зону 17 по каналу 11 и закрученному аппаратом 12, 50 воспламеняется, чем создается постоянный недостаток воздуха при воспламенении топлива и тормозится образование термических оксидов азота, При выделении тепла от сгораемой в зоне 17 части продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива инициируется и стабилизируется процесс воспламенения взвешенной в них подогретой пыли при более рациональном

55 использовании вспомогательного топлива и снижении недожога. также способствует и их частичное охлажде40 ние в первой ступени подогрева пыли. Этим обеспечивается приоритетное (первона13

1749616

10 вспомогательного топлива при изменении расхода пылевидного топлива (в некоторых случаях существует даже противопОложное увеличение доли по теплу вспомогательного топлива при уменьшении основного) обеспечение максимального температурного уровня нагрева пыли должно быть предусмотрено на стадии проектирования для наиболее "тяжелого" режима охлаждения трубок 13, т.е. в режимах при максимальной

20 доле по теплу вспомогательного топлива, чем обеспечивается непревышение заданной максимальной температуры в других режимах работы, При отсутствии подачи пыли должно быть предусмотрено охлажедние

25 трубок 13 паром или воздухом (растопочные или аварийные режимы). Во всех режимах вторичный воздух в зону 17 горения подводят в количестве, обеспечивающем полное совместное сгорание подводимой в зону 17

30 пыли и продуктов неполного сгорания, не вступивших в восстайовительные реакции, при оптимальном коэффициенте избытка воздуха, путем измерения содержания кис35 лорода в продуктах полного сгорания (уходящих дымовых газах), выходящих из зоны

17 горения. в. результате чего достигаются одновременно минимальные тепловые потери с уходящими газами хим- и мехнедожо40 гом и энергозэтраты на тяго-дутьевое оборудование. Поддержание этого коэффициента воздуха в заданных пределах (например, 1 1 < и < 1,3) дополнительно

Я способствует ограничению образования NO при воспламенении пыли в зоне 17 горения.

Таким образом, при повышении эффективности сжигания основного и вспомогательного топлив достигается снижение выбросов токсичных веществ (оксидов азота), с одной стороны торможением их первичного образования за счет более полного предварительного восстановления азотсо- . держащих компонентов топлива, при его высокотемпературном нагреве в восстановительной среде и двухступенчатого сжига55 ния вспомогательного топлива с ограничением пирометрического уровня в зоне предварительного, частичного сжигания в камере 2, а с другой стороны более олным восстановлением образующего NO исоопьвования продуктов нелопного егора- а

При реализации предлагаемого способа количеством вспомогательного. топлива, подводимого в камеру 2, обеспечивают заданные пределы тепловых потерь от мехнедожога твердого топлива в зоне 17 горения, соответствующие наименьшей и номинальной тепловым производительностям устройства (например, котлоагрегата) и выдерживаемые за счет снижения недожога при увеличении расхода вспомогательного топлива, а ограничение коэффициента избытка воздуха в камере 2 обеспечивают при этом необходимое количество (избыток) продуктов восстановления NO и N2, по условию непревышения содержания NO< в дымовых . газах. Однако снижение коэффициента избытка первичного воздуха а1 небеспредельно и ограничено условиями устойчивости воспламенения вспомогательного топлива (э также и взрывобезопасности). В топочной технике для высокореакцйонных топлив (природный газ) общеизвестен минимальный предел, при котором еще обеспечивается устойчивое воспламенение — это а =0,6. Поскольку для различных высокореэкционных топлив эта величина может несколько отличаться, то она должна быть установлена для конкретного топлива, сжигаемого в каждом. отдельном случае.

На стадии проектирования устройства ,должно быть предусмотрено условие достаточности диапазона регулирования зависимых параметров в пределах уменьшения а1 от 1,0 до 0,6 при количестве вспомога тельного топлива, соответствующем тепловым потерям от недожога в заданных пределах. В случае изменения каких-либо йачальнйх (проектных) условий и при обеспечении подведенным количеством вспомогательного топлива заданных теплоэых потерь, йо йеобспечекнии заданных значений по температуре пыли или содержанию

МООх при предельном снижении количества первичного воздуха, корректировка режима может быть произведена дополнитейьным изменейием расхода вспомогагтельного топлива при сохранении иинимэльного коэффициента избытка йеррвичйого-воздуха по отношению к измененному расходу вспомогательного топлива (например. a> = 0,6). В случае превышения температуры пыли по сравнению с максимально допустимой расход вспомогательного топлива снижают, а в случае превышейия заданного уровня МОх в дымовых газах — увеличивают, создавая дополнительное количество продуктбв для восстановительных реакций. В результате ния вспомогательного топлива для восстановительных реакций NO и Nz, а оставшихся (избыточных) — для инициирования и стабилизации воспламенения обеспечивается

"Опережающее" подавление оксида азота по сравнению с ростом мехнедожога. Этим обеспечивается более рациональное использование вспомогательного топлива, Вследствие отсутствия прямой пропорциональной зависимости в изменении расхода

174961

\ ,ния в камере 2, а с другой стороны более полным восстановлением образующего NO в зоне 17 горения в молекулярный азот продуктами неполного сгорания вспомогательного топлива, подвадимыми к корню факела 5 в избыточном количестве по сравнени о с необходимым для восстановительных реакций, Пример 2, Реализация способа может быть осуществлена н автоматическом реЖи- 10 ме, что поясняется структурной блок-схемой на фиг.4, Коэффициент избытка воздуха B продуктах палйаго сгорания на выходе из зоны 17 горения (из топки) поддерживается апти- 15 мал ьным изменением расхода вторичного воздуха, соответствует заданному значени а (а, = 1,1...1.3, ориентировочно) ва всем диапазоне изменения расходов топлива и корректируется, при изменении расхо20 дав топлив сравнением результата прямого измерения содержания кислорода в уходящих газах и заданной величины.

Количество (расход) вспомогательного топлива, подведенного к горелке 1, абеспе25 чивает процесс сжигания пылевиднаго топлива с тепловыми потерями ат мехнедожога (а также и химнедожога) в заданных пределах (минимальном и максимальном).

Количество (расход) первичнога возду- 30 ха, подаваемого в камеру 2 горелки 1 для частичного (предварительного) сжигания вспомогательного топлива устанавливается йе- йревышающим стехиоМетрического соотношения (т.е. ai < 1,0) по данным прямого

35 измерения подводимого расхода вспомогательного топлива, в пересчете на воздух че-, рез известный теоретически необходимый обьем воздуха для полного его сжигания, дополнительно корректируется одновре40 менным сравнением заданных и полученных в результате измерений значений параметров: температуры предварительного подогрева пыли (в трубках 13) перед ее смешением с частично охлажденными продуктами неполного сгорания вспомогательного топлива и содержания оксидов азота в уходящих дымовых газах за заной 17 горения. При этом в случае превышения хотя бы одного из них по сравнению с заданным 50 значением отклонившегося параметра расход первичного воздуха уменьшают до дастижейия равенства заданной и измеренной величины этого параметра, причем сйижение коэффициента избытка воздуха уменьшением его расхода ограничено условием устойчивости воспламенения частично сжигаемого вспомогательного топлива (например a> = 0,6);

Невыполнение заданных условий при снижении а> да предельной минимальной

6 16

) величины устраняют дополнительной корректировкой расхода вспомогательного топлива с соответствующим изменением расхода первичнога воздуха при минимальном ега коэффициенте избытка (например, а1 = 0,6), а именно при превышении содержания NO< па сравнению с заданным увеличивают расход вспомогательного топлива, а при превышении заданной температуры пыли уменьша от расход вспомогательного топлива, до достижения заданного значения атклонившегося параметра и при соблюдении начального условия - по обеспечению тепловых потерь от неполноты сгорания и заданных пределах, Рабочий процесс предлагаемого способа в автоматизированном режиме осущест-. вляется следующим образом (фиг,4).

При поступлении в горелку 1 основного и вспомогательного топлив первичного и вторичного воздуха их расходы измеряются соатветству.ощими датчиками 26-28 расходов (расходомерами), а на выходе продуктов полного сгорания топлив из зоны 17 горения производится измерение содержания горючих компонентов (СО, Н2, СН и C) датчиками 20 — 23, содержаний кислорода (0 ) 18 и оксидов азота (NO<) 19 в уходящих дымовых газах. Измеренные ввел ичин ы содержаний горючих компонентов GT датчиков 20-23 пересчитываются по известным cooTHoLUBHMям в величину тепловых потерь ат неполноты сгорания, сум лируются в блоке

29 сравнения и выработки управляющих импульсов и сравниваются с заданными пределами изменения этого параметра, введенными оператором в блок 30 задатчи-ка.

При превышении тепловых потерь ат недожога по сравнению с заданным максимальным пределом блоком 29 вырабатывается управляющий импульс, подаваемый на исполнительный механизм 32, и расход вспомогательного топлива увеличивается да приведения тепловых потерь от недожога в соответствие с заданным значением, при снижении этого параметра ниже заданного предела в целях экономии дефицитнога вспомогательного топлива его расход корректируется в обратном порядке, т.е, снижается, В соответствии с измеренными расхадамером 26 расходом вспомогательного) топлива и установленным задатчиком 30 стехиаметрическим соотношением воздуха, необходимым для полного ега сгорания, блоком 29 вырабатывается предварительно управляющий импульс на исполнительный орган 33 и устанавливается расход первичного воздуха, измеренный расходомерам

1749616

Расход вторичного воздуха, измеряемый расходомером 28 и регулируемый меха- 35 низмом 34, устанавливается по данным измерения содержания кислорода в уходящих дымовых газах дачтиком 18 (кислородомером) с пересчетом на коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания. Зна- 40 чение оптимального по минимуму суммы тепловых потерь с уходящими газами и недожогом может быть определено предварительными наладочными испытаниями (и находится кэк правило в пределах а

1,1...1,4 при сжигании твердого топлива) и введено заранее в блок 30 задатчика. При более широких воэможностях аппаратурного обеспечения нэ основе, например, микропроцессорной техники это значение может вычисляться в процессе рабочего регулирования llo известным зависимостям и измеренным значениям температуры уходящих газов, коэффициента избытка воздуха и содержания горючих компонентов в уходящих газах и известным значениям расходов основног6 и вспомогательного топлив. Например, при некотором равновесном состоянии по условиям изменения нагрузки котла

27, обеспечивающий заданное стехиометрическое соотношение (т,е. а х: 1,0). Одновременно датчиком 24 измеряется температура нагрева пыли и вместе с сигналом от датчика 19 поступает в блок 29, в котором эти значения сравниваются с заданными (введенными оператором) в блоке

30. При превышении хотя бы одного из значений этих параметров блоком 29 формируется дополнительный управляющий импульс на уменьшение расхода первичного воздуха, подаваемый на исполнительный механизм 33, до достижения отклонившегося параметра в соответствии с заданным значением. Очевидно, что значение второго параметра одновременно снижается при этом, т.е. превышение его заданной величины не произойдет, В случае снижения расхода первичного воздуха,по сравнению с расходом вспомогательного топлива до контролируемого блоком 29 по заданному блоком 30 предельного минимального их соотношения, по условию обеспечения устойчивости воспламенения вспомогательного топлива (например, а> м 0,6). дальнейшее уменьшение первичного воздуха прекращается, а если при этом отклонившийся параметр не приведен в соответствие с заданным значением, производится дополнительная корректировка расхода вспомогательного топлива по описанному условию регулирования.

30 оператором или автоматически снижен расход основного пылевидного топлива, Датчиком 18 измерено, э блоком 29 выявлено повышение коэффициента избытка воздуха сверх заданного, датчиком 24 — измерено, а блоком 29 выявлено превышение температуры стенок трубок 13 (соответствующей температуре пылесмеси на выходе иэ трубок 13) сверх заданной величины. Блоком 29 вырабатываются соответствующие управляющие импульсы; "Уменьшить расход вторичного воздуха" и "Уменьшить расход первичного воздуха", затем при поступлении корректирующего сигнала от датчика 23 по снижению ниже граничного значения содержания горючих в продуктах полного сгорания блоком 29 производится выработка импульса — "Снизить расход вспомогательного топлива", осуществляемого органом

32, после этого опять повторяется корректировка расходом вторичного и первичного воздуха и более точная установка расхода вспомогательного топлива.

При уменьшении первичного воздуха увеличивается степень неполноты сгорания предварительного сжигания вспомогательного топлива B камере 2 горелки 1, уменьшается количество выделенного тепла, за счет чего снижается температура подогрева пыли в трубках 13 (возросшая при снижении расхода пылевидного топлива сверх ропустимого значения) и одновременнО увеличи( вается количество продуктов неполного сгорания с осуществлением более полного подавления оксидов азота.

Например, расход пылесмеси принудительно увеличен, по значениям параметров, измеренных датчиками 18-24, блоком 29 вырабатываются следующие команды: "Увеличить расход вспомогательного топлива", "Увеличить расход вторичного воздуха", "Увеличить (или оставить без изменения) в зависимости от степени измерения расхода пылесмеси) расход первичного воздуха".

Данные управляющие импульсы (команды) ис пол н я ются механизмами 32-33, соответственно.

Таким образом, корректировка расхода первичного воздуха по содержанию оксидов азота в уходящих газах требуется при изменяющемся содержа«ии азота в поступающем твердом топливе, при переменных режимах, связанных с измененйем расходов основного и вспомогательного топлив, и направлена на обеспечение достаточного количества продуктов восстановительных реакций N0 и М2 в зоне 17 горения;

Технические преимущества изобретения состоят в более полком восстановлении

1 149616

Рижюгд пелюи валллВ

Ксилит радаачаю юылююе рзотсодержащих компонентов топлива при высокотемпературном его подогреве в восстановительной среде при отсутствии (или малой концентрации) окислителя и оксида азота в корне факела, за счет обеспечения подвода к нему продуктов восстановительных реакций в избыточном количестве, получаемых частичным предварительным сжиганием вспомогательного топлйва, при более рациональном использовании последнего одновременно для предварительного подогрева пылесмеси, получения продуктов неполного сгорания для восстановления оксида азота и интенсификации воспламенения пыли со снижением недожога. Чем достигается снижение выбросов токсичных веществ в дымовых газах и повышение эффективности сжигания основного и вспомогательного топлив..

Экономический эффект при реализации предлагаемого способа обеспечивается за счет повышения экономичности сжигания твердого топлива (снижения недожога) и .неп ричи не н н ого экологического ущерба окружающей среде за счет

Ъ

Оерйчн а 1пзфх снижения токсичных выбросов в дымовых газах.

Формула изобретения.

Способ сжигания пылевидного топлива путем предварительного сжигания вспомогательного топлива с первичным воздухом, подачи продуктов неполного сгорания на

1О смешение с пылесмесью и ввода полученной пылевзвеси и вторичного воздуха в зону горения, отличающийся тем,что,с целью снижения содержания токсичных веществ в продуктах сгорания, вспомогатель15 ное топливо сжигают в соотношении с первичным воздухом ниже стехиометрического и степень неполноты сгорания корректируют количеством первичного воздуха, а пылесмесь подогревают и подают тангенци2О альными струями в предварительно закрученный поток охлажденных продуктов неполного сгорания, причем суммарный оптимальный коэффициент избытка воздуха поддерживают количеством вводимого вто25 ричного воздуха, 1749616 росйидюсФи тоиипрщ рщонпш

Составитель Г.Варанкин

Техред M.Моргентал Корректор О,Кундрик

Редактор Н.Гунько

Производственно-издательский.комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101

Заказ 2583 Тираж Подписное

ВНИЙПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5