Способ очистки продуктов сгорания газообразного топлива от токсичных веществ

Изобретение относится к области очистки газовых выбросов от вредных веществ, образующихся при сжигании природного газа в промышленных котлах. Способ очистки продуктов сгорания газообразного топлива от токсичных веществ включает ступенчатую подачу окислителя и ввод пароаммиачной смеси. Подачу вторичного воздуха осуществляют перед дожигательным устройством, а пароаммиачную смесь вводят в зону дожигательного устройства после первого ряда огнеупорных поверхностей. Изобретение позволяет снизить выбросы оксидов азота. 3 ил.

 

Изобретение относится к области очистки газовых выбросов от вредных веществ, образующихся при сжигании природного газа в промышленных котлах, и может использоваться в газовой промышленности и промышленной энергетике.

При сжигании газообразного топлива токсичность продуктов сгорания на 90% и более обуславливается содержанием в них оксидов азота.

Наиболее распространенным способом снижения выброса оксидов азота является способ, основанный на подавлении их образования в топочной камере.

Известен способ снижения образования оксидов азота путем ступенчатого сжигания топлива (см. Патент США 6085674, Кл⁷ F 23 B 5/00, 11.07.2000 "Способ сжигания топлива с двухстадийной очисткой отходящих газов").

Данный способ включает три стадии окисления. В первой стадии происходит частичное окисление топлива за счет ввода части подогретого воздуха, во второй стадии часть подогретого воздуха вводят в топочную камеру в количестве, не допускающем расплавления шлаков, в третьей стадии воздух смешивают с дымовыми газами для завершения процесса горения.

Недостатком данного способа является образование продуктов неполного сгорания, в том числе высокотоксичного бенз(а)пирена (I класс опасности), что не способствует решению экологических проблем. Кроме того, снижается к.п.д. котельного агрегата, а следовательно, увеличиваются расход топлива и выбросы загрязняющих веществ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ снижения эмиссии оксидов азота от топочных процессов (Патент США 4335084 А1, Кл. B 01 D 53/54, 15.06.1982).

Способ очистки продуктов сгорания включает двухступенчатое сжигание топлива с подачей аммиака в зону горения.

Согласно указанному способу при ступенчатом сжигании в первичную зону подают воздух в количестве меньше стехиометрического, в результате чего происходит снижение максимальной температуры в зоне факела, снижение содержания кислорода в ядре факела, уменьшение скорости реакции образования оксидов азота и увеличение длины и светимости факела. Эти факторы приводят к снижению синтеза оксидов азота. Во вторичную зону подают подогретый воздух для дожигания образовавшихся в первичной зоне продуктов неполного сгорания. Кроме того, для более глубокого снижения образования оксидов азота предусматривают подачу аммиака в топочную камеру в зону температур 2700°F (1482°С).

Недостатками известного способа являются:

- вероятность появления токсичных продуктов неполного сгорания (оксида углерода, бенз(а)пирена) вследствие снижения температуры факела в топке и на выходе из топки;

- невозможность поддержания температурного диапазона 950-970°С, требуемого для эффективного восстановления NO_x при различных нагрузках котла.

Подача аммиака непосредственно в зону топки с температурой 2700°F (1482°С) имеет ряд недостатков.

В температурном диапазоне 900-1000°С преобладает реакция 4NH₃+4NO+О₂→4N₂+6Н₂О, в результате чего концентрация NO в дымовых газах существенно снижается. При более высоких температурах усиливается роль реакции 4NН₃+5O₂→4NO+6Н₂О, в результате которой ввод аммиака приводит к увеличению концентрации оксидов азота. Кроме того, ввод аммиака осуществляется в пространство топочной камеры, т.е. отсутствует гарантия эффективного перемешивания аммиака с продуктами сгорания.

Целью изобретения является одновременное снижение выбросов оксидов азота, бенз(а)пирена, оксида углерода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки продуктов сгорания газообразного топлива от токсичных веществ, включающем ступенчатую подачу окислителя и пароаммиачную смесь, подачу вторичного воздуха осуществляют перед дожигательным устройством, а пароаммиачную смесь вводят в зону дожигательного устройства после первого ряда огнеупорных поверхностей.

При проведении поиска по патентной и научно-технической литературе не обнаружены способы очистки продуктов сгорания газообразного топлива от токсичных веществ, где пароаммиачную смесь вводят в зону дожигательного устройства после первого ряда огнеупорных поверхностей.

Следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна".

На фиг.1-3 приведена схема очистки продуктов сгорания по предлагаемому способу.

Снижение образования оксидов азота осуществляют за счет двухступенчатого сжигания топлива. При этом в горелку 1 подается воздух в количестве, меньшем теоретически необходимого, а для дожигания образовавшихся продуктов неполного сгорания предусмотрено дожигательное устройство. Дожигательное устройство состоит из двух рядов огнеупорной кладки, расположенных в камере догорания. Продукты сгорания из топки, проходя через 1-й ряд дожигательного устройства 2, перемешиваются за счет внезапного расширения и поворота потока с вторичным воздухом, подаваемым в топку перед дожигательным устройством (см. фиг.1-3). Горючие компоненты смеси, соединившись с частицами избыточного кислорода, догорают в зоне раскаленных огнеупорных поверхностей, и продукты полного сгорания через 2-й ряд огнеупорной кладки 3 поступают в конвективную часть котла.

Для более глубокого подавления оксидов азота в камеру догорания после первого ряда огнеупорной кладки навстречу потоку продуктов сгорания подают пароаммиачная смесь.

Встречная направленность пароаммиачных струй позволит обеспечить равномерное перемешивание аммиака с продуктами сгорания, в т.ч. при изменении режима работы котла. Высокая теплоаккумулирующая способность раскаленной огнеупорной кладки способствует сохранению требуемого температурного диапазона в камере догорания при изменениях тепловой нагрузки котла.

Управление работой распределительного устройства пароаммиачной смеси может быть автоматизировано, связано с системой регулирования котла и системой измерения концентрации.

Способ очистки продуктов сгорания газообразного топлива от токсичных веществ, включающий ступенчатую подачу окислителя и ввод пароаммиачной смеси, отличающийся тем, что подачу вторичного воздуха осуществляют перед дожигательным устройством, а пароаммиачную смесь вводят в зону дожигательного устройства после первого ряда огнеупорных поверхностей.