УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F23N1/02 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в различных топливосжигающих агрегатах, в которых в качестве окислителя топлива используется атмосферный воздух.

Известно устройство для сжигания топлива, содержащее каналы для подачи в зону горения топлива, воздуха, а также (для подавления оксидов азота) водяного пара [1]
Известно также устройство для сжигания топлива, содержащее средство подачи в зону горения топлива, воздуха и водяного пара в количестве 20-60% от весового количества подаваемого топлива [2]
Однако при сжигании топлива в известных устройствах никак не учитывается такой параметр атмосферного воздуха, как его влажность. Естественное влагосодержание атмосферного воздуха может изменяться в достаточно широких пределах, вообще говоря, случайным образом. Таким же случайным образом при этом меняется и суммарное количество пара (т.е. пара, содержащегося в подаваемом в зону горения воздухе, и пара, подаваемого отдельно с помощью специального устройства, например, форсунки), подаваемого в зону горения при сжигании топлива в известных устройствах.

В связи с этим при сухом атмосферном воздухе (при малой его влажности) количество пара, впрыскиваемого в зону горения согласно известным способом, может оказаться недостаточным для подавления образующихся оксидов азота до необходимого уровня, а при большой влажности атмосферного воздуха рассматриваемое количество пара может оказаться необоснованно большим, что сопряжено со снижением экономичности топливосжигающего агрегата.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования процесса горения, содержащее средство подачи воздуха в зону горения, снабженное расходомером воздуха и измерителем его влажности, линию подачи топлива с расходомером топлива, а также вычислительный блок, входы которого связаны с измерителем влажности и расходомерами топлива и воздуха [3] Однако известное устройство не позволяет целенаправленно регулировать количество подаваемой в зону горения влаги (пара или воды) в зависимости от величины влажности атмосферного воздуха, что приводит к снижению экономичности работы топливосжигающего агрегата.

Целью изобретения является обеспечение экономичности регулирования при снижении оксидов азота в продуктах сгорания до необходимого уровня.

Достигается это тем, что устройство регулирования процесса горения, содержащее средство подачи воздуха в зону горения, снабженное расходомером воздуха и измерителем его влажности, линию подачи топлива в зону горения с расходомером топлива, а также вычислительный блок, входы которого связаны с измерителем влажности и расходомерами топлива и воздуха, снабжено источником влаги, причем последний своим входом подключен к выходу вычислительного блока.

В качестве влаги, подаваемой в зону горения, может использоваться как вода, так и водяной пар.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, чтобы при сжигании определенного количества топлива вводить в зону горения такое и только такое количество влаги, которое обеспечивает снижение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания до определенного уровня, например такого, который при данных метеоусловиях обеспечивает такую концентрацию оксидов азота в воздушном бассейне, которая не превышает ПДК (предельно допустимую концентрацию). Отметим, что при различных метеоусловиях (скорости ветра, температуры окружающей среды и т.д.) рассеивание продуктов сгорания в атмосфере происходит по-разному, соответственно разной будет и концентрация вредных веществ в окружающем воздухе.

Согласно изобретению, водотопливное отношение (т.е. отношение массы вводимой в зону горения влаги к массе сжигаемого топлива) выбирается оптимальным с точки зрения обеспечения наиболее экономичного процесса горения (поскольку введение влаги ведет к снижению КПД топливосжигающего агрегата) при одновременном снижении концентрации оксидов азота до необходимого уровня, причем количество искусственно вводимой влаги выбирается с учетом того количества влаги, которая поступает в зону горения вместе с атмосферным воздухом.

Качественно картина выглядит следующим образом: при более высокой влажности воздуха вместе с ним в зону горения поступает и большее количество влаги, следовательно, количество искусственно вводимой влаги должно быть соответственно уменьшено (чтобы общее, суммарное количество вводимой влаги обеспечивало оптимальное водотопливное отношение), и наоборот, при более низкой влажности воздуха количество искусственно подаваемой влаги должно быть соответственно увеличено.

Оптимальное количество суммарного пара определялось следующим образом. Эксперименты, проведенные на паровом котле ТГМ-84 при температуре атмосферного воздуха +5^оС и относительной влажности 75% показали, что оптимальное паротопливное отношение равно 0,20-0,65. Известно, что при +5^оС в 1 м³ воздуха может содержаться до 6,8 г влаги в виде пара.

При относительной влажности 75% абсолютная влажность в данном случае составляет 6,8·0,75 5,1 г/м³.

Для сжигания 1 кг газа необходимо 9,8 м³ воздуха. В этом количестве воздуха содержится 9,8·5,1 50 г влаги (пара).

Таким образом, суммарное количество пара, поступающее в котел ТГМ-84, приходящееся не единицу массы топлива, составило:
0,20 + 0,05 0,060 + 0,05 или 0,25 0,65 г.

Часть этой влаги в виде пара подается в зону горения вместе с атмосферным воздухом. Количество этой влаги (назовем ее естественной влагой) зависит от абсолютной влажности подаваемого воздуха. Другая часть, дополнительная к первой, подается в зону горения искусственно с помощью специального устройства, например форсунки (назовем эту влагу искусственной). Количество впрыскиваемой искусственной влаги выбирается таким образом, что суммарное, общее количество естественной и искусственной влаги (пара) составляло 0,25-0,65 от количества (массы) подаваемого топлива. Для этого, согласно предлагаемому изобретению измеряются расходы подаваемого в зону горения топлива G_т и воздуха G_возд., а также абсолютная влажность "а" атмосферного воздуха в текущий момент. Расход искусственно вводимой в зону горения влаги G_вл. определяется из соотношения:
G_вл. (0,25-0,65)G_т-G_возд ·а
На чертеже приведена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого изобретения.

Устройство содержит источник 1 влаги (воды или пара), выполненный с возможностью подачи влаги в зону 2 горения через регулятор 3 подачи влаги, источник 4 топлива, связанный через расходомер 5 топлива с зоной 2 горения, средство 6 подачи воздуха, которое через расходомер 7 и измеритель 8 влажности воздуха связано с зоной 2 горения. Устройство содержит также вычислительный блок 9, входы которого связаны с измерителем 8 влажности воздуха и расходомерами топлива 5 и воздуха 7, а выход с регулятором 3 подачи влаги.

Устройство работает следующим образом.

Расходомер 7 измеряет количество воздуха, подаваемого средством 6 в зону 2 горения, а измеритель 8 измеряет абсолютную влажность этого воздуха. Информация от расходомера 7 и измерителя 8 поступает на входы вычислительного блока 9. Одновременно в этот же блок 9 поступает информация от расходомера 5 о расходе топлива, подаваемого через него от источника 4 топлива в зону 2 горения.

Вычислительный блок 9 определяет количество пара (влаги), поступающего в зону 2 горения вместе с атмосферным воздухом (путем умножения величины количества подаваемого воздуха на его абсолютную влажность).

После этого блок 9 вычисляет количество пара или воды, которое необходимо подать с помощью специального средства (не показано) из источника 1 через регулятор 3 в зону 2 горения по формуле:
G_вл (0,25-0,65)G_т-G_возд.·а
Абсолютная влажность воздуха меняется в зависимости от времени года (летом абсолютная влажность выше, чем зимой), от времени суток (днем в среднем выше, чем ночью), погодных условий (во время дождя влажность выше, чем в солнечный день) и т.д.

Предлагаемое устройство позволяет оперативно изменять количество искусственной влаги в зависимости от текущих значений абсолютной влажности атмосферного воздуха и тем самым поддерживать оптимальное значение водотопливного отношения. Экономичность топливосжигающего агрегата при этом оказывается максимально возможной: при меньшей времени водотопливного отношения концентрация оксидов азота будет выше необходимого уровня (что недопустимо по соображениям экологии), а при большей экономичность необоснованно снизится.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет регулировать процесс горения при снижении концентрации оксидов азота в продуктах сгорания путем ввода влаги в зону горения оптимальным (с точки зрения экономичности) образом.

Использование: в энергетике и может быть использовано в различных топливосжигающих аппаратах, в которых в качестве окислителя используется атмосферный воздух. Сущность изобретения: устройство содержит средство 6 подачи воздуха в зону горения, снабженное расходомером 7 воздуха и измерителем 8 его влажности, линию подачи топлива в зону горения с расходомером 5 топлива, вычислительный блок 9 и источник 1 влаги. Устройство позволяет поддерживать суммарное количество влаги, подаваемой вместе с топливовоздушной смесью в зону горения на оптимальном уровне. Это осуществляется путем регулирования количества искусственно подаваемой влаги в зависимости от того количества влаги, которое поступает в зону горения вместе с атмосферным воздухом, т. е. в зависимости от количества и влажности этого воздуха. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ, содержащее средство подачи воздуха в зону горения, снабженное расходомером воздуха, и измеритель его влажности, линию подачи топлива в зону горения с расходомером топлива, а также вычислительный блок, входы которого связаны с измерителем влажности и расходомерами топлива и воздуха, отличающееся тем, что, с целью обеспечения экономичности регулирования при снижении оксидов азота в продуктах сгорания до необходимого уровня, устройство снабжено регулятором подачи влаги и источником влаги, связанным с зоной горения через регулятор подачи влаги, причем последний своим входом подключен к выходу вычислительного блока.