СПОСОБ ВЫВОДА ГОРЕЛКИ НА РАБОЧИЙ РЕЖИМ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 1995 года по МПК F23C11/00 

Изобретение относится к отрасли энергетике и может быть использовано для сжигания топлива при помощи горелок.

Известны способы сжигания топлива при помощи горелок с ведением процесса по составу продуктов сгорания.

Для снижения токсичности продуктов сгорания (газов) известны способы сжигания топлива путем изменения топливовоздушной смеси. Состав смеси топлива с воздухом, подаваемой в топку, регулируют в зависимости от содержания окиси углерода или окислов азота в газах. Для этого за котлом устанавливают прибор, регистрирующий образование этих компонентов, и при увеличении их содержания больше установленной нормы увеличивают или уменьшают подачу воздуха или топлива в горелку.

Недостатки способа сравнительно высокая токсичность газов, состоящая из смеси окислов азота и окиси углерода, и трудность одновременного снижения этих компонентов, поскольку в ряде случаев, например в котлах малой и средней мощности, снижение одного из них приводит к увеличению другого.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ одновременного сжигания топлива в нескольких горелках с разным составом топливовоздушной смеси. В топке котла устанавливают несколько встречно расположенных горелок, часть из которых работает на смеси топлива с воздухом ниже стехиометрического состава, образуя бедную смесь, а другая часть горелок работает на смеси топлива с воздухом выше стехиометрического состава, образуя богатую смесь. В процессе работы все горелки настраиваются так, чтобы обеспечивался оптимальный коэффициент избытка воздуха α в продуктах сгорания.

Недостатки способа сложность осуществления и недостаточная эффективность, поскольку бедная смесь сгорает с химическим недожегом, образуя повышенное количество окиси углерода в газах, а бедная смесь сжигается со значительным выходом окислов азота. И если при дожигании смеси в общем факеле содержание окиси углерода снижается, то содержание окислов азота остается без изменения.

Цель изобретения снижение общей токсичности газов.

Это достигается предварительным выводом горелки в режим подачи смеси топлива с воздухом в горелку по составу, близкому к стехиометрическому, при котором замеряют количество окислов азота в газах, а затем увеличивают расход воздуха до повторного выхода окислов азота в том же количестве.

При стехиометрическом составе смеси топлива с воздухом в продуктах сгорания содержание кислорода (О₂) близко или равно нулю (О₂ ≈ О), коэффициент избытка воздуха близок или равен единице, а содержание двуокиси углерода (СО₂) наибольшее. Например, для природного газа с содержанием метана более 98% СО₂=11,8 об. Таким образом, контроль за выводом горелки в предварительный режим работы ведется по любому из этих показателей. В предварительном режиме работы горелки замеряют содержание окислов азота в газах, после чего горелку переводят в рабочий режим путем увеличения расхода воздуха до повторного выхода окислов азота в том же количестве. На выходе из горелки воздух закручивают.

При увеличении расхода воздуха увеличивается скорость прохождения его сквозь горелку. При этом увеличивается крутка факела, угол его раскрытия в топочном объеме, укорачивается ядро факела, увеличивается масса вовлеченных горячих газов в свежую струю факела, в связи с чем ускоряется процесс самовоспламенения смеси. Такое изменение кинетики процесса горения изменяет и характер образования токсических компонентов.

В таблице представлены результаты испытания смесительной газомазутной горелки.

П р и м е р 1. Горелка выводится в режим 1 со смесью воздуха и природного газа, подаваемых в горелку, близкой к стехиометрическому составу (О₂ 0,2% ), что соответствует предварительному режиму работы горелки. В этом режиме замеряется выход NO_x, составляющий 140 мг/м³, после чего горелка выводится в рабочий режим путем увеличения подачи воздуха до повторного выхода NO_x в этом же количестве. Повторный выход NO_x в количестве 140 мг/м³ имеет место в режиме 5, который считается рабочим. В этом режиме содержание смеси токсических компонентов (СО + NO_x) уменьшается с 3640 до 165 мг/м³.

П р и м е р 2. Аналогично в предварительный режим 2 горелка выводится при NO_x 170 мг/м³. При увеличении расхода воздуха повторный выход NO_x 170 мг/м³ имеет место в режиме 4. При этом выход токсических компонентов (СО + NO_x) уменьшается с 1370 до 230 мг/м³.

Из приведенных примеров следует, что наибольшее снижение токсичности газов имеет место в примере 1 (NO_x + CO 165 мг/м³). Но это достигается большей подачей воздуха в горелку и связано с выводом горелки в неустойчивый режим работы с возможностью отрыва факела. Во втором примере снижение токсичности газов меньше (NO_x + CO 230 мг/м³), но это достигается меньшей подачей воздуха в горелку, что обеспечивает стабильный режим работы горелки. По этим причинам применение способа ограничивается: первый предел с предварительным выводом горелки в режим с содержанием О₂ 0,2% в продуктах сгорания ограничивается возможностью отрыва факела от горелки при повторном выходе NO_x в том же количестве, а второй при О₂ 2% нежелательным увеличением токсичности газов, например, в режиме 3, где содержание окислов азота увеличивается до 210 мг/м³ с увеличением общей токсичности газов до 490 мг/м³.

Использование: при сжигании топлива при помощи горелок. Сущность изобретения: горелка сначала выводится в предварительный режим работы с сжиганием топливовоздушной смеси, по составу близкой к стехиометрическому, при содержании в продуктах сгорания кислорода в диапазоне 0,2-2,0 В этом режиме фиксируют содержание окислов азота в продуктах сгорания, а затем увеличивают подачу воздуха через горелку, фиксируют последний при повторном получении упомянутого значения выхода окислов азота. Последний режим фиксируют как соответствующий рабочему режиму сжгания топлива. 1 табл.

СПОСОБ ВЫВОДА ГОРЕЛКИ НА РАБОЧИЙ РЕЖИМ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА путем подачи в зону горения предварительно подготовленной топливовоздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха, близким к стехиометрическому, и последующим увеличением расхода воздуха до количества, соответствующего рабочему режиму сжигания, определяемому выходом оксидов азота в продуктах сгорания при фиксированном значении содержания кислорода в последних, отличающийся тем, что при подаче в зону горения топливовоздушную смесь закручивают, определяют значение выхода оксидов азота в продуктах сгорания при содержании кислорода в последних в диапазоне 0,2-2,0% а затем при увеличении расхода воздуха фиксируют последний при повторном получении упомянутого значения выхода оксидов азота, как расход, соответствующий рабочему режиму сжигания топлива.