Способ сжигания топлива

 

Использование: в топках котлов с однофронтовой компоновкой горелок и т.п. Сущность изобретения: часть топлива в количества 15-30% от всего количества отводят и подают в смеси со встречным воздухом с коэффициентом избытка воздуха 0,2-0,5 навстречу основной части воздуха , при этом коэффициент избытка воздуха в последнем поддерживают а 0,9...1,1. 8 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s F 23 С 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 о

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903045/06 (22) 18,01.91 (46) 23.11.92. Бюл. ¹ 43 (71) Научно-производственный хозрасчетный центр "Атмосфера" (72) К,Т.Áàóáåêoa, В.П.Васильев, T.È.Àêáàров, А.Х.Игамбердиев и Л,В.Бакалейникова (56) Авторское свидетельство СССР

N 1395897, M. кл. F 23 С 11/00, 1988.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1346907, М. кл.F 23 С 11/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N. 1398553, М.кл. А 23 С 11/00, 1988.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в топках котлов с однофронтовой компоновкой горелок и в другом топливосжигающем оборудовании.

Известен способ сжигания топлива в топке котла путем подачи в зону горения спутными, одним или более, вертикальными рядами основной части топлива и воздуха, а также дополнительного встречного воздуха, подаваемого напротив и выше основной зоны горения. Недостатком данного способа является неглубокое снижение концентрации оксидов азота, хотя и достигается существенное снижение концентрации сажи и канцерогенных веществ. Это обусловлено тем, что при таком способе сжигания интенсифицируется процесс горения газа и повышается температура в топке, что и приводит к образованию оксидов азота.

Известен также способ сжигания топлива в топке котла путем подачи в зону горения спутными, одним или более, вертикальными рядами основной части топлива

„, >12,, 1776914 А1 (54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА (57) Использование: в топках котлов с однофронтовой компоновкой горелок и т,п.

Сущность изобретения: часть топлива в количества 15 — 30% от acего количества отводят и подают в смеси со встречным воздухом с коэффициентом избытка воздуха 0,2 — 0,5 навстречу основной части воздуха, при этом коэффициент избытка воздуха в последнем поддерживают a = 0,9...1,1, 8 ил. и воздуха, а также дополнительного спутного и встречного воздуха, подаваемого соответственно выше и навстречу основной зоны горения. Недостатком указанного способа является снижение интенсивности выгорания топлива в основной зоне горения, затягивание длины факела, а также образование сажистых частиц, Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ сжигания топлива в топке котла путем подачи в зону горения спутными, одним или более, вертикальными рядами основной части топлива и воздуха, а также, дополнительного спутного и встречного воздуха, подаваемых соответственно выше и навстречу основной зоне горения.

Недостатком указанного способа является снижение интенсивности выгорания топлива в основной зоне горения, затягивание длины факела, а также образование сажи и канцерогенных веществ, 1776914

45 где 1 — корпус топки котла; 2 — горелки первого яруса; 3 —; 50

4 — плицы для подачи дополнительного спутного воздуха; 5 — вспомогательные горелки; на фиг.2 — кривые изменения температуры факела по относительной высоте топки; на фиг.3 — кривые изменения усредненного коэффициента избытка воздуха по относительной высоте топки; на фиг,4- кривые степени выгорания топлива по относительной высоте топки; на фиг.5 — кривые

Целью предполагаемого изобретения является снижение образования вредных примесей в продуктах сгорания при интенсивном выгорании топлива.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе сжигания топлива в топках котлов путем подачи в зону горения спутными, одним и более, вертикальными рядами основной части топлива и воздуха, а также дополнительного спутного и встречного воздуха, подаваемых соответственно выше и навстречу основной зоны горения, часть топлива в количестве (15 — 30)Я от всего количества отводят и подают в смеси со встречным воздухом с коэффициентом избытка воздуха 0,2 — 0,5 навстречу основной части топлива и воздуха, при этом коэффициент избытка воздуха в последних поддерживают близким к стехиометрическому значению а = 1,0 0,1, Признак "„, подачи основной части топлива и воздуха с коэффициентом избытка воздуха, близким к стехиометрическому а = 1 через горелки с последующим восстановлением образовавшихся оксидов азота путем подачи второй части топлива с воздухом через вспомогательные горелки при а< 1 выше зоны основного горения, а еще выше через сопла, установленные над вспомогательными горелками, третичного воздуха "... известен. Однако в указанном способе подачу потоков второй части топлива и воздуха, а также третичного воздуха осуществляют вертикальными рядами в топках котлов с многоярусным расположением горелок. Это приводит к плохому перемешиванию основного и дополнительного потоков топлива и воздуха, и как следствие, к плохому восстановлению образовавшихся в золе основного горения оксидов азота. Кроме того. такой способ сжигания топлива в топках котлов с многоярусным расположением горелок зачастую приводит к затягиванию факела и ограничению номинальной паровой производительности за счет черезмерного увеличения температуры перегрева пара, На фиг,1 изображена схема топки котла

40 изменения концентрации оксидов азота по относительной высоте топки; на фиг.6 — кривые изменения суммарной концентрации канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (Z Скпду) по относительной высоте топки; на фиг.7 — кривые изменения концентрации продуктов неполного горения (СН4, СО, H2) при различных коэффициентах избытка воздуха; на фиг.8— зависимость образования вредных примесей (оксидов азота, КПАУ) от соотношения подачи основного и дополнительного топлива в предлагаемом способе.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Основное количество топлива и воздуха (с a=1) подают в зону горения спутными одним или более вертикальными рядами(через горелки 2,3), а также дополнительно— спутно и встречно — воздух) через плицы 4 и вспомогательные горелки 5). При этом часть топлива в количестве (15 — 30%) от всего количества отводят и подают в смеси со встречным воздухом через вспомогательные горелки 5 с коэффициентом избытка воздуха а= 0,2 — 0;5 навстречу основной части топлива и воздуха. Это приводит к интенсификации процесса выгорания продуктов неполного сгорания, сокращению длины факела, увеличению максимальной температуры в топке. В результате этого создаются наилучшие условия для уменьшения образования оксидов азота, сажи, бена(а)пирена и других канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).

Пример ы конкретного выполнения.

Предварительно рассмотрим физическую картину изменения топочных процессов при разных способах сжигания в сравнении со сжиганием близким к стехиометрическому а =1,0+.0,1 в топке котла ТПМ-94 с двух.ярусной компоновкой 6 газомазутных горелок (фиг,1 — 8). На этих фигурах в качестве оси абсцисс отложена условная относительная высота топки h/Hi. Величина б

h--Нт+ —, где Нт — расстояние от оси ниж2 него яруса горелок до выходного сечения топки; а — глубина топки. . Пример 1. Осуществляется спосоо сжигания природного газа в режиме, близком к стехиометрическому сжиганию, когда все количество топлива и воздуха подаются через горелки 2,3 с а=1,0+0,05 (см.фиг.1).

При этом происходит интенсивное горение топлива при высокой температуре в ядре факела, приводящее к интенсивному образованию оксидов азота и минимальному об1776914 разованию полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). На фиг.2,3,4 (кривые 1) изображены кривые изменения температуры факела, среднего коэффициента избытка воздуха и степени выгорания топлива по относительной высоте топки при стехиометрическом сжигании. На фиг,5 и 6 (кривые 1) показаны концентрация оксидов азота и суммы концентраций канцерогенных flAY, Пример 2. Осуществляется способ сжигания природного газа в режиме, когда потоки природного газа и воздуха подводят ступенчато в зону сжигания; в первичную— ниже стехиометрического через горелки 2, во вторичную — спутно первичному части воздуха и остальной части (30-40%) топлива через горелки 3, в третичную (16 — 18)% дополнительного воздуха через шлицы 4, а через шлицы 5 противотоком в первичную зону сжигания (4 — 7)% недостающего воздуха. В этом режиме сжигания на всех кривых, изображающих изменение температуры факела, коэффициента избытка воздуха, степени выгорания топлива, происходят скачки (фиг.2,3.4, кривая 2), которые свидетельствуют об изменении интенсивности процесса горения в моменты подачи дополнительных частей топлива и воздуха.

При этом указанная неравномерность зависит от величины дополнительного топлива и воздуха и чем больше их доля, тем более неравномернее процесс горения по высоте топки и тем больше увеличивается длина факела и, как следствие, это приводит к увеличению температуры на выходе из топки (Тт") (см.фиг.2, кривые 2), Ступенчатая подача топлива и воздуха в описываемом способе по сравнению со стехиометрическим сжиганием приводит к значительному снижению образования оксидов азота (на 50—

60%), но к некоторому (40 — 50)% увеличению суммы концентрации канцерогенных ПАУ (фиг.5 и 6, кривые 2).

Пример 3. Осуществляется способ сжигания природного газа путем подачи в зону горения двумя вертикальными рядами основой (70-85%) части топлива и воздуха с коэффициентом избытка воздуха близким к стехиометрическому значению а =1,0+0,1 через горелки 2 и 3. а навстречу — остальной части топлива (15 — 30%) с частью воздуха с коэффициентом избытка воздуха а =0,2-0,5 через вспомогательные горелки 5 и спутно и выше горелок 2 и 3 — остальной части (недостающего до полного сжигания) воздуха через шлицы 4. В этом режиме сжигания в основной зоне горения процесс идет при коэффициенте избытка воздуха, близкой к

25 стехиометрическому а =1,0 +0,1, достигается полное выгорание основного количества топлива при высокой температуре с минимальным образованием канцерогенных

flAY и с генерацией большого количества оксидов азота. Подача остальной (15-30%) части топлива с воздухом навстречу основной зоны горения с коэффициентом избытка воздуха a = 0,2 — 0,5 приводит к обильному образованию газов-восстановителей (СО и . Hz), которые восстанавливают уже образовавшиеся оксиды азота до молекулярного азота. При подаче остальной части воздуха через шлицы 4 над основными горелками 2, 3 и благодаря незначительной доле встречного дополнительного топлива, которое несущественно снижает интенсивность выгорания основного количества топлива, образуется минимальное количество канцерогенных flAY (фиг.2 — 6, кривые 3), При этом, как это видно из результатов зондирования топки котла фиг.7 (кривые 2 и 3), наибольшее количество газов — восстановителей образуется при a = 0,2 — 0,5. Причем при уменьшении a < 0,2 в продуктах неполного горения резко увеличивается концентрация метана

С сн (фиг.7, кривая 1), что свидетельствует об отвратительном горении. При увеличении a > 0,5 начинает увеличиваться концен30 трация продуктов полного сгорания (С co2) (фиг.7, кривая 4), разбавляя концентрацию

СО и Нг и снижая эффективность восстановительных процессов, 35 Как показали многочисленные данные, основанные на опытах, оптимальным соотношением расходов дополнительного топлива через вспомогательные горелки 5 является (15 — 30)% от общего количества

40 топлива. Причем при подаче менее 15% топлива снижается эффективность восстановления оксидов азота (фиг.8, полоса Снох), а при подаче более 30% топлива вследствие недостатка окислителя (а =0,2 — 0,5) во

45 вспомогательных горелках резко возрастает концентрация канцерогенных ПАУ (фиг.8, полоса Х Скпду), и, кроме того, увеличивается длина факела и температура на выходе иэ топки.

5р Технико-экономическим преимуществом заявляемого изобретения по сравнению с прототипом является то, что путем подачи в зону горения одним или более вертикальными рядами основной части

55 топлива и воздуха с а = 1,0"=0,1, а навстре-. чу — остальной (15 — 30)% части топлива с . частью воздуха с а = 0,2-0,5 и спутно и выше вспомогательных горелок — остальной части воздуха обеспечивается снижение образующихся вредных примесей, а

177б914 также снижение температуры на выходе топки.

Формула изобретения

Способ сжигания топлива путем подачи в зону горения через по крайней мере один 5 вертикальный ряд горелок потоков основной части топлива и воздуха и дополнительно струй воздуха соответственно выше и встречно потокам топлива и воздуха, о т л ич а ю шийся тем. что, с целью снижения содержания токсичных примесей в продуктах сгорания, 15-30% топлива от всего его количества подают в смеси со встречной струей воздуха с коэффициентом избытка воздуха а = 0,2 — 0,5. при этом в потоках основной части топлива и воздуха поддерживают а = 0,9-1,1.

1776914

Ср

Пв as пв пв п ь н (Риг5 пг ау пв аа п ь/н ðè лг/нв

az п пв пв . с в/н

РигУ

az п4 пв пв 1п Чн! (Риг b

1776914 аи Гса би cu,%

4 Г 8

01 ОГ 03 Р4 РХ Р6 Р7. бд

L пф юор

Ю Ж@

10О Ю И 4д гд Оойпюалибо а га а аа аа 69% guonau

NBFbh58

А/Г д

Юадяи9

Редактор Т. Иванова

Корректор Э, Лончакова

Техред M,Mîðãåíòàë

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

Заказ 4111 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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