Способ сжигания топлива

 

Использование: в теплоэнергетике, а именно для сжигания топлива в теплоэнергетических установках с минимальной экологической опасностью продуктов сгорания. Сущность изобретения: способ сжигания топлива путем сжигания богатой смеси с одновременным охлаждением продуктов сгорания, которые пропускают через теплообменник, дополнительно охлаждая, с последующим дожиганием. Сжигание богатой смеси ведут в присутствии катализатора конверсии топлива. 1 з. п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится преимущественно к теплоэнергетике, а именно к сжиганию топлива в теплоэнергетических установках с минимальной экологической опасностью продуктов сгорания.

Известен способ сжигания топлива (заявка ФРГ N 3830389, 1990, кл. F 23 F 14/66), заключающийся в сжигании газа в две стадии: на первой стадии сжигание газа производят с <<1 и низкой температурой горения, на второй стадии производят догорание также при пониженной температуре горения. Между отдельными стадиями продукты сгорания движутся в обратном направлении.

Недостатком данного способа является неполное подавление образования оксидов азота.

Наиболее близким к предлагаемому способу является "Способ сжигания топлива" (авт. св. СССР N 1477977, кл. F 23 C 11/00, опубл. БИ N 17, 1989), заключающийся в том, что процесс горения проводят в две стадии, на первой производят сжигание богатой смеси, на второй дожигание продуктов неполного горения путем подвода дополнительного количества воздуха с охлаждением продуктов сгорания на обеих стадиях.

Недостатком способа является низкая его эффективность из-за неполного подавления образования оксидов азота.

В основу изобретения поставлена задача снизить выброс вредных примесей путем подавления образования оксидов азота.

Данная задача решается за счет того, что в способе, включающем сжигание богатой смеси с одновременным охлаждением и последующим дожиганием продуктов сгорания, согласно изобретению, продукты сгорания богатой смеси пропускают через теплообменник, дополнительно охлаждая.

Для более полного преобразования топлива сжигание богатой смеси ведут в присутствии катализатора конверсии топлива.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

Камера предварительного сгорания 1, стенки которой охлаждаются, например водой, содержит устройства для подачи топлива 2, первичного воздуха 3 и запальник 4. Эта камера 1 пристыкована к теплообменнику 5, содержащему каналы 6 для прохода продуктов сгорания, которые охлаждаются с помощью охлаждающей жидкости, например воды. Теплообменник стыкуется с горелкой дожигания 7, содержащей устройство для подачи вторичного воздуха 8 и сопло 9, которое введено в полость топочного устройства 10.

Способ реализуется следующим образом.

Топливо и первичный воздух подают в камеру предварительного сгорания 1 с помощью устройств 2 и 3, в которой создают богатую гомогенную однородную топливовоздушную смесь с коэффициентом избытка воздуха 0,3.0,5. Образованную смесь поджигают запальником 4.

При горении такой смеси в основном образуются горючие продукты неполного сгорания топлива окись углерода и водород, при минимальном содержании оксидов азота. По нашим данным, не более 1.5 мг/м³. Объясняется это тем, что кислород в продуктах реакции практически отсутствует, поскольку коэффициент избытка воздуха существенно меньше единицы. Одновременно присутствует большое количество восстановителей окиси углерода и водорода. Эти восстановители реагируют с образующимся оксидом азота восстанавливают его до молекулярного азота, снижая концентрацию оксидов азота до указанной величины. Пониженная температура в камере предварительного сгорания, обусловленная сжиганием богатой однородной смеси, в которой нет локальных зон со стехиометрическим составом, а также отводом тепла системой охлаждения стенок, также снижает образование оксидов азота в камере предварительного сгорания.

Полученные описанным образом в камере предварительного сгорания 1 продукты неполного сгорания направляют в теплообменник 5, где, проходя по каналам 6, эти продукты отдают часть своего тепла охлаждающей теплообменник жидкости, например воде. Для получения максимального эффекта по снижению выхода оксидов азота, в теплообменнике 5 необходимо отобрать возможно большую часть тепла продуктов сгорания, поступающих из камеры предварительного сгорания 1. По нашим данным, для снижения выхода оксидом азота в 5 10 раз, в теплообменнике 5 и в системе охлаждения камеры 1 следует отобрать 20.30% теплоты, выделившейся бы при полном сгорании поступающего в камеру предварительного сгорания 1 топлива. Охлажденные продукты предварительного сгорания подают в горелку дожигания 7, где их используют в качестве топлива. В горелке 7 продукты предварительного сгорания смешивают с помощью устройства 8, например лопаточного завихрителя, с вторичным воздухом, до образования смеси с коэффициентом избытка воздуха, несколько большим единицы, например 1,01 - 1,05. Образованную смесь с помощью сопла 9 подают в полость топочного устройства 10. Зажигают эту смесь либо за счет эффекта самовоспламенения, а в случае, когда температура продуктов предварительного сгорания, поступающих в горелку 7, менее 500.600^oC, от какого-нибудь известного запального устройства, которое на чертеже не показано. Пониженный выход оксидов азота из горелки дожигания 7 обусловлен снижением максимальных температур в областях факела пламени, в которых состав смеси близок к стехиометрическому. Температура в этих областях снижается за счет отдачи тепла в теплообменнике и в системе охлаждения стенок камеры предварительного сгорания. Если теплоносителю было передано 20 30% тепла, выделяющегося при полном сгорании топлива, то снижение максимальной температуры горения топлива в топке также составит примерно 20.30% В результате, при сжигании топлива в теплоэнергетических установках по предлагаемому способу, содержание оксидов азота в дымовых газах не превышает 10.50 мг/м³.

Для более полного преобразования топлива в продукты неполного сгорания в камере предварительного сгорания может быть установлен катализатор конверсии топлива, активной фазой которого являются, например оксиды никеля.

Формула изобретения

1. Способ сжигания топлива путем сжигания богатой смеси с одновременным охлаждением продуктов сгорания и последующим их дожиганием, отличающийся тем, что продукты сгорания богатой смеси пропускают через теплообменник, причем сжигание богатой смеси ведут в присутствии катализатора конверсии топлива.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в теплообменнике отбирают не менее 20% теплоты сгорания топлива.

РИСУНКИ

Рисунок 1