СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 1995 года по МПК F23C11/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к способу сжигания топлива в котельных агрегатах.

В теплоэнергетике при сжигании топлива в топках котлоагрегатов образуется большое количество вредных примесей, в том числе оксидов азота, которые выбрасываются в атмосферу, нарушая экологическое равновесие. Концентрация оксидов азота в продуктах сгорания в энергетических котлах большой мощности достигает 1000 мг/м³ и более, в то время как их предельно допустимая концентрация равна 85 мг/м³.

Известен способ ступенчатого сжигания жидкого и газообразного топлива в топках котлоагрегатов путем подачи в зону горения несколькими ярусами потоков топливовоздушной смеси. При этом с целью снижения образования оксидов азота горение топлива осуществляют с коэффициентом избытка воздуха в нижних ярусах α_н = =0,8-0,85, а в верхнем ярусе - α_в = 1,2-1,3 [1]. Однако этим способом удается снизить образование оксидов азота не более чем на 40-60%. Известны способы дополнительного подавления образования оксидов азота при сжигании топлива путем подачи холодного воздуха в ядро факела [2], впрыска воды в зону горения [3] и подачей рециркуляционных газов между ярусами [4]. Однако ни один из них в отдельности не обеспечивает необходимого снижения образования оксидов азота.

Наиболее близким техническим решением является способ сжигания топлива в топке котла путем совместного применения ступенчатого сжигания топлива, ввода в зону горения потоков рециркулируемых дымовых газов и распыленной воды [5]. Для сжигания образования оксидов азота сжигание топлива осуществляют с коэффициентов избытка воздуха по ярусам α < 1,0 (с учетом кислорода газов рециркуляции), а все несгоревшее топлива дожигается путем подачи воздуха через шлицы, установленные над верхним ярусом горелок. При этом концентрация оксидов азота снижается более чем в 2 раза. Известный способ имеет следующие недостатки. Практика эксплуатации котельных агрегатов с применением данного способа показывает, что несмотря на значительное снижение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания топлива в нижних ярусах их образование в процессе дожигания над верхним ярусом с коэффициентом избытка воздуха α_в > 1,2-1,3 и температурой факела 1800 К все же неизбежно и имеет значительную величину, в результате чего общая концентрация оксидов азота (C_NOк) не может быть снижена менее чем до 150-200 мг/м³. Кроме того, полное дожигание топлива над верхним ярусом смещает максимум температуры факела над верхним ярусом на 2-3К и приводит к росту температуры газов на выходе из топки на 50-70К, увеличению температуры уходящих газов из котла на 2-3К и увеличению потерь с уходящими газами. Все это приводит к снижению КПД котла.

Целью изобретения является резкое снижение образования оксидов азота на стадии дожигания топлива, уменьшение потерь тепла с уходящими газами и увеличение КПД котла.

Это достигается тем, что процесс дожигания над верхним ярусом ведут с коэффициентом избытка воздуха α = 0,95-1,0 с образованием дополнительного количества продуктов неполного горения в количестве 1,75-2 об.%, а их дожигание осуществляют за счет кислорода, содержащегося в дымовых газах, в слое активного катализатора, располагаемого в хвостовой части котла в интервале температур 757-775К. При дожигании топлива над верхним ярусом при α ₌ = 0,85-1,0 образование оксидов азота в результате снижения температуры факела < 1800К резко сокращает, а дожигание продуктов неполного горения в слое активного катализатора в указанном интервале температур полностью исключает их образование. Использование для дожигания в слое катализатора кислорода, содержащегося в дымовых газах за счет присосов по газовому тракту, сокращает их общий объем и снижает потери с уходящими газами на 1,5-2,0% по сравнению с прототипом. Нижний предел коэффициента избытка воздуха α = 0,85 выбран из условия предотвращения образования взрывоопасной концентрации продуктов неполного сгорания (Н₂, СО и C_nH_m).

Способ поясняется чертежом.

Топливо 1 по топливопроводу подается на горелки 2 в топку котла 3 с таким расчетом, что с помощью подачи воздуха 4 горение топлива на нижних ярусах осуществляется с недостатком кислорода ( α = 0,8-0,85), а над верхним ярусом с помощью подачи воздуха через шлицы 5 горение топлива осуществляется при коэффициенте избытка воздуха α = 0,85-1,0. Встречно потоку топливовоздушной смеси нижнего яруса вводят через шлицы 6 рециркуляционные газы 7 с коэффициентом рециркуляции r = 0,10-0,15 в смеси с дополнительным потоком воздуха 8 равным 15-20% от общего расхода воздуха. Распыленную воду 9 вводят в топливовоздушные потоки с одинаковым распределением ее расхода по ярусам. Продукты неполного сгорания (СО + Н₂ + С_nH_m) дожигаются в слое активного катализатора 10, расположенного в зоне температур 575-775К между воздухоподогревателем 11 и водяным экономайзером 12 за счет кислорода, содержащегося в дымовых газах. В качестве активного катализатора может быть использован кобальто-никелевый катализатор на основе активной окиси алюминия, который обеспечивает реакции полного окисления продуктов неполного сгорания в указанном интервале температур. Снижение коэффициента избытка воздуха в топке α _т с α = =1,05 до α = 0,95 снижает объем дымовых газов на ≈ 12%. Поэтому следует ожидать, что снижение α_т с 1,05 до α = 0,85 уменьшит потери с уходящими газами до 20,2%. Использование предлагаемого способа снижения выбросов оксидов азота с продуктами сгорания обеспечивает снижение образования оксидов азота на стадии горения топлива в верхнем ярусе топливо-воздушных горелок; полное исключение образования оксидов азот на стадии дожигания продуктов неполного горения; уменьшение объема дымовых газов, снижение потерь с уходящими газами и повышение КПД котла при том же расходе топлива на 1,5-2,0%.

Использование: для сжигания топлива в котельных агрегатах. Сущность изобретения: сжигание топлива над верхним ярусом осуществляют при коэффициенте избытка воздуха α = 0,85 ... 1,0, а продукты неполного сгорания дожигают в слое активного катализатора в хвостовой части котла в интервале температур 575 ... 775 К. 1 ил.

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА путем подачи в зону горения несколькими ярусами потоков топливовоздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха в нижних ярусах α<1 и дожигания топлива в верхнем ярусе, подачи рециркуляционных газов в смеси с дополнительным воздухом и вводом распыленной воды в топливовоздушные потоки, отличающийся тем, что, с целью снижения образования и выбросов оксидов азота с продуктами сгорания и повышения КПД котла путем снижения потерь с уходящими газами при том же расходе топлива, сжигание топлива над верхним ярусом осуществляют при коэффициенте избытка воздуха α=0,85-1,0, а продукты неполного сгорания дожигают в слое активного катализатора в хвостовой части котла в интервале температур 575 - 775 К.