СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА И ГОРЕЛКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F23D14/00 

Изобретение относится к области сжигания преимущественно газообразного топлива и может быть использовано в топках паровых котлов тепловых электростанций.

Для характеристики уровня техники могут быть указаны следующие известные решения.

Известен способ сжигания топлива путем подачи его между двумя соударяющимися встречно-наклоненными потоками воздуха [1]
Недостатком известного способа является низкое качество сжигания топлива из-за образования в факеле большого количества оксидов азота вследствие быстрого перемешивания топлива с воздухом в зоне соударения воздушных потоков.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу сжигания топлива является способ сжигания топлива путем подачи его в смеси с воздухом двумя встречно-наклоненными потоками одинаковой ширины, соударения их с получением веерообразного факела, причем в каждом потоке образуют внутренний и периферийный слои, ширина которых одинакова [2]
Известна горелка, содержащая амбразуру с двумя введенными в нее с противоположных сторон навстречу один другому воздухоподающими патрубками одинаковой ширины, симметрично наклоненными к оси амбразуры, причем каждый патрубок снабжен соосной газовой трубкой с радиальными выпускными отверстиями на выходе, при этом одна часть отверстий сообщена с внутренней, а другая часть с внешней половинами патрубка [2]
Известные из [2] способ сжигания топлива и горелка не обеспечивают достаточно низкого содержания оксидов азота в продуктах сгорания из-за отсутствия возможности восстановления образующихся в процессе горения топлива оксидов азота в молекулярный азот.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в создании условий для восстановления оксидов азота в молекулярный азот и тем самым снижении содержания оксидов азота в продуктах сгорания.

В способе сжигания топлива путем подачи его в смеси с воздухом двумя встречно-наклоненными потоками одинаковой ширины, соударения их с получением веерообразного факела, причем в каждом потоке образуют внутренний и периферийный слои, ширина которых одинакова, техническая задача решается тем, что до соударения топливовоздушных потоков коэффициенты избытка воздуха в их внутренних и периферийных слоях поддерживают соответственно большими и меньшими стехиометрического.

В горелке, содержащей амбразуру с двумя введенными в нее с противоположных сторон навстречу один другому воздухоподающими патрубками одинаковой ширины, симметрично наклоненными к оси амбразуры, причем каждый патрубок снабжен соосной газовой трубкой с радиальными выпускными отверстиями на выходе, при этом одна часть отверстий сообщена с внутренней, а другая часть с внешней половинами патрубка, указанная техническая задача решена тем, что в каждой топливной трубке суммарная площадь проходных сечений выпускных отверстий, сообщенных с внутренней половиной воздухоподающего патрубка, меньше суммарной площади проходных сечений выпускных отверстий, сообщенных с внешней половиной этого патрубка.

На фиг. 1 изображена горелка с факелом, с помощью которой реализуется предлагаемый способ сжигания топлива; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Горелка содержит амбpазуpу 1 с двумя введенными в нее с противоположных сторон навстречу один другому воздухоподающими патрубками 2 одинаковой ширины b, симметрично наклоненными под углом 15-30^о к оси амбразуры 1. Каждый патрубок 2 снабжен соосной газовой трубкой 3 с радиальными выпускными отверстиями 4 на выходе, одна часть которых сообщена с внутренней 5, а другая часть с внешней 6 половинами патрубка 2. В каждой трубке 3 суммарная площадь проходных сечений выпускных отверстий 4, сообщенных с внутренней 5 половиной соответствующего патрубка 2, меньше суммарной площади проходных сечений выпускных отверстий 4, сообщенных с внешней 6 половиной этого патрубка. На входе патрубков 2 установлены регулирующие шиберы 7.

Способ сжигания топлива осуществляется следующим образом.

В патрубки 2 подают воздух в равном количестве. С помощью шиберов 7 в каждом из патрубков 2 устанавливают одинаковый расход воздуха по его внутренней 5 и внешней 6 половинам. В потоки воздуха через выпускные отверстия 4 топливных трубок 3 подают природный газ. Вследствие того что суммарная площадь проходных сечений отверстий 4, сообщенных с внутренней 5 половиной каждого патрубка 2, меньше, чем суммарная площадь проходных сечений отверстий 4, сообщенных с внешней 6 половиной этого патрубка, во внутреннюю 5 половину патрубка топлива поступает меньше, чем в его внешнюю 6 половину. В результате в потоках газовоздушной смеси на выходе из патрубков 2 коэффициент избытка воздуха во внутренних половинах составляет α > 1, во внешних α < 1. Во внутренних 5 половинах патрубков 2 коэффициент α например, может составлять 1,2-1,45, во внешних 6 половинах 0,75-0,9. Значения α выбираются в зависимости от мощности и геометрических параметров горелки, а также характеристик топлива. Во избежание появления повышенных концентраций оксида углерода в дымовых газах (сверх 0,02%) общий коэффициент избытка воздуха на выходе из горелки поддерживают на уровне α_г 1,05-1,1.

При соударении встречно-наклоненных потоков газовоздушной смеси в топочном объеме формируется веерообразный факел. Смесь с α > 1, попадающая в факел из внутренних половин потоков, за счет ударного эффекта вытесняется в периферийные зоны факела, смесь с α < 1 прямотоком заполняет центральную зону факела, как показано на фиг.1 и 2.

Сгорание топлива в факеле, имеющем зоны, обогащенные и обедненные топливом, приводит к уменьшению генерации оксидов азота. Кроме того, часть образовавшихся на начальном участке факела оксидов азота восстанавливается до молекулярного азота при перемешивании их в глубине топочного пространства с продуктами неполного сгорания зоны факела с α< 1 по следующим реакциям
2NO + 2CO ->> 2 CO₂ + N₂,
2NO + 2H₂ ->> 2H₂O + N₂, что приводит к снижению содержания оксидов азота в отходящем из топки потоке продуктов сгорания.

Использование: в области энергетики для сжигания газообразного топлива в топках паровых котлов. Сущность изобретения: топливо в смеси с воздухом подают двумя встречно-наклоненными потоками одинаковой ширины, соударяют их с получением веерообразного факела, причем в каждом потоке образуют внутренний и периферийный слои, ширина которых одинакова. До соударения топливовоздушных потоков коэффициенты избытка воздуха в их внутренних и периферийных слоях поддерживают соответственно большими и меньшими стехиометрического. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сжигания топлива путем подачи его в смеси с воздухом двумя встречно наклоненными потоками одинаковой ширины, соударения их с получением веерообразного факела, причем в каждом потоке образуют внутренний и периферийный слои, ширина которых одинакова, отличающийся тем, что до соударения топливовоздушных потоков коэффициенты избытка воздуха в их внутренних и периферийных слоях поддерживают соответственно большими и меньшими стехиометрического. 2. Горелка для сжигания топлива, содержащая амбразуру с двумя введенными в нее с противоположных сторон навстречу один другому воздухоподающими патрубками одинаковой ширины, симметрично наклоненными к оси амбразуры, причем каждый патрубок снабжен соосной газовой трубкой с радиальными выпускными отверстиями на выходе, при этом одна часть отверстий сообщена с внутренней, а другая часть с внешней половинами патрубка, отличающаяся тем, что в каждой топливной трубке суммарная площадь проходных сечений выпускных отверстий, сообщенных с внутренней половиной воздухоподающего патрубка, меньше суммарной площади проходных сечений выпускных отверстий, сообщенных с внешней половиной этого патрубка.