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

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при сжигании твердого топлива в барботируемом расплаве на тепловых электростанциях.

Известен способ сжигания твердого топлива, взятый за прототип, путем подачи его в силикатный расплав и барботирования расплава кислородсодержащим окислителем, из которого 40-95% подают на барботирование расплава, а остальное количество вводят над расплавом и ведут в нем дожигание продуктов неполного сгорания топлива с коэффициентом избытка окислителя 1,8-1,1 /1/.

Известный способ имеет следующий недостаток. Для поддержания температуры в зоне дожигания продуктов неполного сгорания топлива не выше критической (≈1800 К), обусловленной максимумом образования термических оксидов азота, и ведении процесса сжигания топлива в расплаве с коэффициентом избытка окислителя менее 0,9 дожигание необходимо вести с большим коэффициентом избытка окислителя (до и более 1,8), что ведет к увеличению общего объема дымовых газов, поступающих в энергетический котлоагрегат, снижению его КПД и ухудшению экономичности процесса. Это в особенности относится к сжиганию топлив с высокой температурой плавления его минеральной части, когда температура газов перед дожиганием уже приближается к критической. Кроме того, в известном способе отсутствуют технические решения по вводу окислителя на дожигание, его смешения с восстановительными газами и эффективности процесса дожигания.

Изобретение направлено на снижение верхнего предела коэффициента избытка окислителя на дожигание продуктов неполного сгорания топлива, эффективность их дожигания и увеличение экономичности процесса сжигания топлива.

Технический результат достигается тем, что в известном способе сжигания твердого топлива отходящие газы с восстановительной средой предварительно охлаждают впрыском воды в количестве 0,05-0,5 от расхода топлива или подачей рециркуляционных газов в количестве 0,01-0,3 от расхода дутья, подаваемых прямоточными струями под углом навстречу движения газов с закруткой потока к условной окружности, а дожигание продуктов неполного сгорания топлива осуществляют с коэффициентом избытка окислителя 1,05-1,15 путем подачи его в газовый поток выше уровня ввода воды или рециркуляционных газов на расстоянии 0,3-0,8 ширины выходного окна прямоточными струями под углом по ходу газов с закруткой, противоположной вращению основного потока.

Впрыск в отходящие газы воды или подача рециркуляционных газов в указанных пределах обеспечивает снижение их температуры на величину, адекватную ее повышению при дожигании продуктов неполного сгорания топлива с коэффициентом избытка окислителя 1,05-1,15, что препятствует повышению температуры в зоне дожигания выше критической и образованию дополнительных термических оксидов азота. При этом увеличение объема дымовых газов происходит в 2-2,5 раза меньше по сравнению с увеличением их объема при охлаждении за счет большого коэффициента избытка окислителя (до и более 1,8), что снижает общий объем дымовых газов и увеличивает экономичность котлоагрегата и процесса в целом. Нижний предел впрыска воды или ввода рециркуляционных газов соответствует ведению процесса сжигания топлива в расплаве с коэффициентом избытка окислителя 0,95, а верхний 0,75. Дальнейшее снижение коэффициента избытка окислителя нецелесообразно из-за дефицита тепла в расплаве и снижения производительности агрегата.

Подача воды или рециркуляционных газов прямоточными струями под углом навстречу газов с закруткой потока к условной окружности способствует увеличению степени восстановления оксидов азота продуктами неполного сгорания топлива (CO+H₂+C_nH_m) в зоне с восстановительной средой за счет увеличения пути движения газов и времени контакта NO_x с восстановителями. Восстановление протекает по реакциям (4):
NO_x+H₂⇄ H₂O+N₂
NO_x+CO⇄ CO₂+N₂
Кроме того, впрыск воды или ввод рециркуляционных газов упругими струями и завихрение основного потока газов препятствует выносу в котлоагрегат крупных частиц брызгоуноса, так как при изменении направления движения газов они теряют скорость и оседают в расплав.

Подача окислителя для дожигания продуктов неполного сгорания топлива с коэффициентом избытка 1,05-1,15 выше уровня ввода воды или рециркуляционных газов на расстоянии 0,3-0,8 ширины выходного окна обеспечивает достаточное время для протекания реакций восстановления оксидов азота восстановителями, равное 0,35-0,4 с. При этом нижний и верхний пределы расстояния относятся к соответствующим пределам подачи воды или рециркуляционных газов.

Ввод окислителя прямоточными струями под углом по ходу газов обеспечивает перенос зоны дожигания продуктов неполного сгорания топлива внутрь топки котлоагрегата и предотвращает тепловое перенапряжение в его нижней части.

Подача окислителя с закруткой, противоположной вращению основного потока, способствует более эффективному перемешиванию продуктов неполного сгорания топлива с окислителем и увеличению степени их дожигания.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ сжигания твердого топлива отличается тем, что отходящие газы с восстановительной средой предварительно охлаждают впрыском воды в количестве 0,05-0,5 от расхода топлива или вводом рециркуляционных газов в количестве 0,01-0,3 от расхода дутья, подаваемых прямоточными струями под углом навстречу движения газов с закруткой потока к условной окружности, а дожигание продуктов неполного сгорания топлива осуществляют с коэффициентом избытка окислителя 1,05-1,15 путем подачи его в газовый поток выше уровня ввода воды или рециркуляционных газов на расстоянии 0,3-0,8 ширины выходного окна прямоточными струями под углом по ходу газов с закруткой, противоположной вращению основного потока. Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию "новизна", а отличительные признаки обеспечивают ему соответствие критерию "технический уровень".

П р и м е р. При сжигании угля Ирша-Бородинского месторождения в барботируемом расплаве в количестве 20 т/ч с коэффициентом избытка окислителя 0,9 образуется 115 тыс. нм³/ч газов, в которых содержится 3,7% продуктов неполного сгорания. Минимальная температура расплава по условиям характеристики минеральной части топлива соответствует 1625 К. Если процесс дожигания осуществлять по прототипу с коэффициентом избытка окислителя 1,1, то температура газов возрастет до 1885 К, что выше критической (1800 К), а для того, чтобы она не превышала критическую, необходимо процесс дожигания продуктов неполного сгорания топлива вести с коэффициентом избытка окислителя 1,85, что увеличивает объем продуктов сгорания на 9,0 тыс. нм³/ч по сравнению со стехиометрическим (α= 1,0). При дожигании продуктов неполного сгорания по предлагаемому способу для снижения температуры газов в процессе дожигания до 1800 К потребуется подать на предварительное охлаждение газов 1850 кг/ч воды или 5050 нм³/ч рециркуляционных газов, что уменьшает дополнительный объем дымовых газов соответственно в 2,9 и 1,8 раза по сравнению с прототипом и составляет соответственно по воде 0,093 от расхода топлива и по рециркуляционным газам 0,03 от дутья.

Использование предлагаемого способа позволяет вести процесс с большей эффективностью и экономичностью.

Использование: при сжигании твердого топлива в барботируемом расплаве на тепловых электростанциях. Сущность изобретения: выходящие из расплава газы с восстановительной средой предварительно охлаждают впрыском воды или газами рециркуляции, подаваемыми прямоточными струями под углом навстречу движению газов с закруткой потока к условной окружности, а дожигание продуктов неполного сгорания осуществляют с минимальным коэффициентом избытка окислителя, подаваемого прямоточными струями под углом по ходу газов с закруткой, противоположной вращению основного потока. 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА путем подачи его в ванну силикатного расплава и барботирования расплава кислородсодержащим окислителем, из которого 40 95% подают на барботирование расплава, а остальное количество вводят над расплавом и ведут в нем дожигание продуктов неполного сгорания топлива, отличающийся тем, что отходящие газы с восстановительной средой предварительно охлаждают впрыском воды в количестве 0,05 0,5 от расхода топлива, подаваемой прямоточными струями под углом навстречу движению газов с закруткой потока к условной окружности или газами рециркуляции, а дожигание продуктов неполного сгорания топлива осуществляют с коэффициентом избытка окислителя 1,05 1,15 путем подачи его в газовый поток выше уровня впрыска воды на расстоянии 0,3 0,8 ширины выходного окна ванны прямоточными струями под углом по ходу газов с закруткой, противоположной вращению основного потока. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газы рециркуляции подают в количестве 0,01 0,3 от расхода дутья.