СПОСОБ СЖИГАНИЯ НИЗКОРЕАКЦИОННОГО ВЫСОКОЗОЛЬНОГО ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА Российский патент 1995 года по МПК F23D1/02 

Изобретение относится к энергетике, в частности к области сжигания пылевидного топлива.

Известны способы сжигания пылевидного топлива в вихревом пылеугольном факеле [1] при котором размолотый в пыль уголь в виде аэросмеси подается в топку в виде кольцевой осесимметричной закрученной коаксиальной струи. Дополнительный воздух, необходимый для полного сгорания углерода топлива, также подается в виде кольцевой коаксиальной закрученной струи большего диаметра, содержащей внутри струи топливной аэросмеси. При этом в вихревом факеле такие свойства закрученных струй как наличие рециркуляционной приосевой зоны интенсивное смешение на начальном участке и малая дальнебойность играют положительную роль в процессе воспламенения топлива, которое у сильнозакрученных факелов очень устойчивое и дальнейшего его выгорания. Но наряду с этими положительными моментами вихревой факел имеет один существенный недостаток: в нем образуется достаточно много топливных окислов азота (до 1,2 г/нм³). Известные способы снижения образования окислов азота заключаются в уменьшении концентрации кислорода в зоне воспламенения топливной аэросмеси и подачи недостающей его доли на более поздние этапы горения (двухступенчатое сжигание топлива) [1] Однако при сжигании низкореакционных углей этот способ приводит к затягиванию горения по высоте топки, повышению температуры газов на выходе из топки и увеличению мехнедожога топлива.

Известен способ совместного сжигания пылеугольного и газового топлива в соосном вихревом факеле [2] путем подачи трех закрученных потоков: по периферии газового, затем чистого воздуха и внутри по оси пылеугольного. Этот способ, интенсифицируя процесс горения, заметно уменьшает его зону, но его реализация, при практически неощутимом снижении окислов азота требует значительного количества газового топлива.

Также известен способ сжигания пылевидного топлива [3] когда через вихревую горелку подаются топливная аэросмесь и чистый воздух, а через мазутную форсунку, расположенную на оси горелки, вблизи огневого среза, подается жидкое топливо. Мазутный факел постоянно горит у устья основного пылеугольного факела, воспламеняет топливную аэросмесь и при этом значительно снижается выход окислов азота. Однако этот способ требует большого количества дефицитного жидкого топлива.

В практике известны удачные попытки снижения образования окислов азота при вихревом факельном сжигании пылевидного топлива. Фирмой Фостер Уиллер был использован способ, при котором топливная аэросмесь подавалась отдельными струями внутри кольцевой закрученной струи чистого воздуха. Для реализации этого струйно-вихревого способа была разработана горелка [4] которая при сжигании высокореакционных битуминозных углей позволила снизить образование окислов азота в факеле на 50% Однако использование этого способа для сжигания низкореакционных высокозольных углей не дало достаточно хорошего результата в силу плохой устойчивости воспламенения топливной аэросмеси вблизи устья горелки. Последнее объясняется недостаточным прогревом аэросмеси высокотемпературными продуктами сгорания приосевого обратного тока. Данное обстоятельство приводит к увеличению мехнедожога топлива.

С целью повышения устойчивости воспламенения аэросмеси и уменьшения мехнедожога топлива при одновременном снижении образования окислов азота предлагается внутри основного струйно-вихревого факела, образованного из периферийной кольцевой закрученной струи воздуха и отдельных струй топливной аэросмеси, примыкающих с внутренней стороны к воздушной струе, сформировать из соосных кольцевых закрученных струй воздуха и топливной аэросмеси вспомогательный вихревой сильнозакрученный факел тепловой мощностью 10-30% от основного. Взаимодействие закрученной струи топливной аэросмеси вспомогательного факела с высокотемпературными продуктами сгорания приосевого обратного тока легко обеспечить раннее и устойчивое воспламенение вспомогательного факела, который в свою очередь прогревает и воспламеняет одиночные струи основного факела. Таким образом обеспечивается устойчивое воспламенение топливной аэросмеси основного факела при недостатке кислорода и, следовательно, уменьшении образования окислов азота при одновременном снижении мехнедожога топлива.

Существенные признаки, по которым предлагаемый способ отличается от известных, следующие.

Как правило известные способы основаны на использовании двух видов топлива газ и уголь или мазут и уголь. Изобретение предполагает использование топлива одного вида угольной пыли.

В известных способах сжигания низкосортных углей основной факел является вихревым, т.е. топливная аэросмесь и необходимый для полного сгорания чистый воздух подают кольцевыми закрученными струями. В предлагаемом способу топливная аэросмесь подается отдельными струями внутри кольцевой закрученной струи чистого воздуха (струйно-вихревая подача);
в известных способах для зажигания низкореакционных пылеугольных вихревых факелов применяются небольшие факелы, в которых топливом служит газ или мазут. В предлагаемом способе в этих факелах используется угольная пыль.

Таким образом предлагаемый способ представляет собой композицию двух соосных пылеугольных факелов: струйно-вихревого с плохой устойчивостью воспламенения топливной аэросмеси и сильно закрученного вихревого с высокой устойчивостью воспламенения. В известных технических решениях не обнаружено такого признака, сходного с вышеописанным.

На чертеже представлена схема развития такого факела.

Внутренняя пара кольцевых закрученных струй топливной аэросмеси 1 и чистого воздуха 2 формируют малый факел 3, который, соприкасаясь и частично смешиваясь с одиночными струями топливной аэросмеси 4, прогревает и воспламеняет их. Далее по течению потоков одиночные струи аэросмеси, реакционная способность которых после контакта с малым факелом увеличилась, смешиваясь с кольцевой закрученной струей чистого воздуха 5, образует основной факел 6. Крутка кольцевых струй 1, 2, 5 и направление одиночных струй 4 выбираются таким, чтобы на оси факела формировался приосевой обратный ток 7, состоящий из высокотемпературных продуктов сгорания.

Прогрев топливной аэросмеси факелом приводит к тому, что, как указывалось ранее, реакционная способность ее увеличится и выделение азотсодержащих летучих в условиях дефицита кислорода приведет к уменьшению окислов азота в уходящих газах. Кроме того, повышенный уровень температуры смеси из продуктов сгорания малого факела и частично прореагировавшей топливной аэросмеси одиночных струй при смешении с чистым воздухом и горении в основном факеле позволяет увеличить полноту выгорания углерода.

Использование: в энергетике, в способах сжигания низкореакционного высокозольного пылевидного топлива. Сущность изобретения: внутрь основного струйно-вихревого дополнительно подают кольцевые коаксиальные закрученные потоки воздуха и пылевидного топлива с образованием внутреннего вихревого факела. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ СЖИГАНИЯ НИЗКОРЕАКЦИОННОГО ВЫСОКОЗОЛЬНОГО ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА в основном струйно-вихревом факеле путем подачи воздуха в виде кольцевого закрученного потока и пылевидного топлива в виде отдельных струй внутри воздушного потока, отличающийся тем, что внутрь основного струйно-вихревого факела дополнительно подают кольцевые коаксиальные закрученные потоки воздуха и пылевидного топлива с образованием внутреннего вихревого факела. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол раскрытия внутреннего вихревого факела поддерживают больше угла раскрытия основного струйно-вихревого факела.