СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗОМАЗУТНОГО ТОПЛИВА Российский патент 1994 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к сжиганию и может быть использовано в энергетике. До настоящего времени в мировой практике нет способа сжигания газомазутного топлива с глубоким снижением выбросов в атмосферу оксидов азота без снижения экономичности.

Известен способ сжигания газа путем подачи газовоздушной смеси в слой гранулированного промежуточного теплоносителя и одновременно охлаждения до 1100-1300^оС. При этом в газовоздушную смесь добавляют инертные газы в количестве 25-30% от расхода смеси и охлаждение слоя осуществляют на уровне 2/3 его высоты. Цель способа - снижение NO_x в продуктах сгорания [1] .

К существенным недостаткам данного способа можно отнести незначительное снижение вредных выбросов в атмосферу; сложность создания требуемого соотношения компонентов; сложность в технологии создания условий выполнения способа.

Известен способ очистки дымовых газов при помощи активированного угля. При снижении активности угля его регенерируют 80% -ной серной кислотой.

Существенный недостаток данного способа - использование для очистки активированного угля и серной кислоты.

Известен способ сжигания топлива путем одновременной подачи компонентов горения двумя потоками в зону сжигания, один из которых является богатой топливовоздушной смесью, смесь подают с α = = 0,5-0,8, а второй имеет бедную топливовоздушную смесь с α = 1,3-1,6.

Цель этого способа - снижение содержания NO_x[2] . Основные недостатки данного способа - недостаточное снижение содержания NО_х и снижение экономичности сжигания.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый за прототип способ сжигания газомазутного топлива путем подачи газовоздушного потока тангенциально к условию вертикальному телу вращения посредством блочных прямоточно-вихревых горелок [3] .

Цель изобретения - снижение выбросов в атмосферу оксидов азота без снижения экономичности.

Цель достигается тем, что в отличие от известного способа сжигания газомазутного топлива путем подачи газовоздушного потока тангенциального к условно вертикальному телу вращения посредством блочных прямоточно-вихревых горелок, новым является то, что в предлагаемом способе подачу топлива в газовоздушную смесь в закрученной части потока на выходе из горелки поддерживают для обеспечения в ней коэффициента избытка воздуха α в пределах 0,5-0,7 при коэффициенте избытка воздуха в нижних частях секций горелки или в горелки со сбросным соплами в пределах 0,85-0,95, а скорости газовоздушной смеси на выходе из горелки устанавливают в пределах 20-150 м/с,
На фиг. 1 изображена топка с блочными прямоточно-вихревыми горелками; на фиг. 2 - прямоточно-вихревая горелка; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг; 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - вид В на фиг. 2; на фиг. 6 - график зависимости от коэффициента избытка воздуха; на фиг. 7 - график зависимости от скорости воздуха на выходе из горелки.

Топка 1 содержит на менее трех прямоточно-вихревых горелок 2, которые состоят из секций 3. Горелки размещены тангенциально к воображаемой горизонтальной окружности 4 (фиг. 3) с осью, совпадающей с центральными осями 5 топки 1 или отдельных частей 6 той же топки. Секция прямоточно-вихревой горелки состоит из аксиального завихрителя 7 (фиг. 2). Выше горелок размещены сбросные сопла 8 (фиг. 4), для подачи газа имеются периферийные каналы 9 (фиг. 5) и центральные 10. Жидкое топливо подают через форсунки 13, установленные в центральные каналы 10 горелки.

Способ сжигания газомазутного топлива осуществляется следующим образом.

Воздух подается через прямоточно-вихревые горелки 3 частично (до 20-30% ) через аксиальный завихритель 7 и остальной - прямотоком. При данном соотношении, как показали исследования, обеспечивается наличие активной устойчивой зоны обратных токов 14 (фиг. 2). Топливо подают как в прямоточную часть потока 11, так и в закрученную 12 (фиг. 2). При этом в закрученную часть подают топливо в количестве, обеспечивающем α = 0,5-0,7. При этих условиях происходит полное подавление NO_x. При α = 0,4-0,45 происходит активное сажеобразование, что в целом ухудшает экономичность котла из-за механического недожога. Как показали эксперименты, при α= 0,75-0,85 происходит резкое возрастание выбросов NO_x. При α = 0,9 образование NO_x резко снижается (см. график на фиг. 6). В связи с этим через нижние секции 15 подается воздух в количестве α = = 0,85-0,95. Если есть сбросные сопла, то через все секции 3 подают воздух в количестве до α = 0,9.

Как показали экспериментальные исследования, на образование NO_x оказывает влияние скорость воздуха на выходе из горелки. Была получена следующая зависимость (см. график на фиг. 7). Наличие нисходящей ветви можно объяснить тем, что при α < 1 с увеличением скорости улучшается качество смешения топлива с воздухом, что приводит к сокращению количества локальных зон с α≥ 1, где существенно вырастает вероятность образования оксидов азота. Наличие горизонтальной части свидетельствует о достижении автомодельности процесса, где обеспечивается минимум вероятности образования локальных зон с α> 1 (например, углы топки и пр. ) и соответственно достижимый минимум образования NO_x.

Исследования на котле БКЗ-320 ТЭЦ-17 Ленэнерго показали, что при скорости на выходе из горелок > 20 м/с и подаче в них рециркулирующих газов в количестве от 10 до 45% содержание NO_x снизилось от 70 мг/м³ до 30-40 мг/м³. При том α_ух составило 1,05-1,07.

Наличие сбросных сопл, направленных против вращения газов, дополнительно снижает NO_x на 10-15% . Направлены против, так как за счет улучшения смешения исключается образование локальных зон в рабочем объеме камеры с повышенным избытком воздуха, способствующего образованию NO_x. При скорости газовоздушной смеси на выходе из горелок, больших 150 м/с, резко возрастает мощность вспомогательного оборудования.

Использование: в энергетике для сжигания газомазутного топлива с низким выбросом в атмосферу окислов азота. Сущность: часть газовоздушного потока закручивают и подают с коэффициентом избытка воздуха, равным 0,5 . . . 0,7, другую часть подают на смещение с первой и поддерживают суммарный коэффициент избытка воздуха равным 0,85 - 0,95, причем скорость смеси на выходе из горелки равна 20 - 150 м/с. 7 ил.

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗОМАЗУТНОГО ТОПЛИВА путем подачи смеси газовоздушного потока и топлива тангенциально к условно вертикальному телу вращения посредством блочных прямоточно-вихревых горелок, отличающийся тем, что, с целью снижения выбросов в атмосферу оксидов азота без снижения экономичности, часть газовоздушного потока закручивают и подают с коэффициентом избытка воздуха, равным 0,5 - 0,7, другую часть подают на смешение с первой и поддерживают суммарный коэффициент избытка воздуха, равный 0,85 - 0,95, причем скорость смеси на выходе из горелки равна 20 - 150 м/с, кроме того, подают дополнительный воздух для дожигания топлива.