СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ Российский патент 1996 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к способам совместного сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива в котлах тепловой электростанции.

Известен способ факельного сжигания твердого топлива, суть которого заключается в формировании состава вторичного воздуха с пониженным содержанием кислорода, которое обеспечено за счет применения рециркуляции части дымовых газов [1]
Недостаток данного способа состоит в том, что сжигание с обеднением окислителя кислородом вызывает ухудшение воспламенения пылевоздушной смеси и ухудшение ее выгорания, т.е. увеличение механического недожога. Эти недостатки могут быть устранены, если увеличить температуру подогрева всего окислителя или хотя бы температуру вторичного воздуха до 500-600^оС. Однако этот путь связан с техническими трудностями обеспечения столь высокой температуры воздуха в пределах парогенератора, а также с повышенным уровнем образования оксидов азота.

Наиболее близким к предлагаемому способу сжигания является способ факельного сжигания пылевидного твердого топлива совместно с жидким или газообразным топливом. Температура окислителя составляет при этом до 300-350^оС, жидкое или газообразное топливо подается в устье пылеугольной горелки, и факел, образующийся при воспламенении жидкого или газообразного топлива, обеспечивает воспламенение твердого топлива [2]
Недостатком этого способа является также повышенный уровень образования оксидов азота за счет наличия высокотемпературного ядра факела вблизи устья горелки и повышенный механический недожог за счет преимущественного реагирования кислорода с жидким или газообразным топливом и обусловленной этим неравномерностью распределения кислорода в пылевоздушной струе и в факеле.

Предлагаемое техническое решение направлено на ликвидацию вышеотмеченных недостатков, повышение эффективности сжигания топлива за счет уменьшения механического недожога и концентрации оксидов азота в отходящих газах.

Дополнительным положительным фактором, сопутствующим данному способу сжигания, является возможность существенного упрощения конструкции горелочного устройства, обусловленная улучшенными условиями воспламенения пылевоздушной смеси с высокой температурой и полностью предварительно перемешанной, а также отсутствием необходимости установки мазутной форсунки или газоподающего устройства на выходе пылеугольной горелки.

На решение поставленных задач предложен способ комбинированного сжигания, заключающийся в сжигании пылевидного твердого топлива, транспортируемого в горелку, и в сжигании жидкого или газообразного топлива.

Отличие данного способа состоит в том, что сжигание жидкого газообразного топлива или смеси топлива производят в термоизолированном объеме в потоке вторичного воздуха, а продукты сгорания перемешивают с пылевидным твердым топливом на транспортном участке до подачи его в горелку.

Отмеченные отличительные признаки обеспечивают формирование окислителя с содержанием кислорода менее его содержания в воздухе, а именно менее 21% Это обеспечивает снижение выхода оксидов азота, а одновременно повышенные температуры улучшают воспламенение и выгорание угольной пыли.

На фиг. 1 изображена схема для реализации способа комбинированного сжигания топлива; на фиг.2 модификация схемы фиг.1 с разделением потока вторичного воздуха; на фиг.3 модификация схемы фиг.2 с частичным введением пылевоздушной смеси в термоизолированный объем; на фиг.4 изображены результаты эксперимента.

Котлоагрегат 1 оборудован горелкой 2 сжигания пылевидного твердого топлива, соединенной с участком перемешивания 3, который соединен с линией подачи 4 продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива и линией подачи 5 пылевоздушной смеси, т.е. смеси воздуха и пылевидного твердого топлива. На линии подачи 4 расположен термоизолированный объем 6, соединенный с линией 7 подачи жидкого или газообразного топлива и линией 8 подачи вторичного воздуха.

Способ осуществляется следующим образом.

Вторичный воздух, нагретый в воздухоподогревателе котлоагрегата 1 до 300-350^оС, поступает по линии 8 в термоизолированный объем 6. Для регулирования процесса сгорания в отдельных случаях поток вторичного воздуха до подачи в термоизолированный объем 6 разделяют и отдельную часть вторичного воздуха подают на участок перемешивания 3 пылевидного твердого топлива с продуктами сгорания в термоизолированном объеме 6, куда также подается жидкое или газообразное топливо или смесь топливо по линии 7. Причем смесь топлива осуществляют, например, заменой части жидкого или газообразного топлива частью пылевидного твердого топлива. При этом в термоизолированном объеме 6 поддерживается близкое к стехиометрическому соотношение топливо-окислитель и температура газов, соответствующая режиму без подачи пылевидного топлива в теплоизолированный объем. После смешения вторичного воздуха с продуктами сгорания после термоизолированного объема 6 его температура повышается на 200-250^оС, а содержание кислорода уменьшается до 16-18% Для уменьшения тепловых потерь участок перемешивания 3 и линия 4 выполнены теплоизолированными. Далее продукты сгорания по линии 4 проходят за участок перемешивания 3, куда также подается по линии 5 пылевидная смесь твердого топлива. Участок перемешивания 3 расположен в непосредственной близости относительно горелки 2. На этом участке происходит полное перемешивание пылевоздушной смеси и продуктов сгорания, нагретых до 500-600^оС, а также предварительный прогрев пылевидного твердого топлива. Далее происходит полное сгорание на выходе из горелки 2 подогретого твердого топлива в пределах котлоагрегата 1.

Улучшение воспламенения угольной пыли обусловлено повышенной температурой окислителя и предварительным прогревом угольной пыли до температуры окислителя, при которой уже начинаются процессы газификации твердого топлива, а хорошее выгорание равномерностью перемешивания пылевоздушной смеси и созданием однородного факела.

Снижение концентрации оксидов азота в отходящих газах из котлоагрегата 1 вызывается снижением концентрации кислорода в окислителе, так как несмотря на более высокую температуру, окислитель содержит и большую долю инертных компонентов на выходе из термоизолированного объема 6.

Предложенный способ имеет экспериментальное подтверждение.

П р и м е р. На экспериментальной базе ЭНИНа им. Г.М.Кржижановского при Кохтла-Ярвеской ТЭЦ на опытно-промышленной установке с прямоточной камерой сгорания проводились эксперименты по совместному сжиганию пыли антрацитового штыба (АШ) и мазута.

В первой серии экспериментов сжигание угольной пыли осуществлялось с мазутной подсветкой, т.е. жидкое топливо подавалось непосредственно в камеру сгорания, где воспламенялось и выгорало вместе с угольной пылью. Температура вторичного дутья 440^оС и содержание в нем кислорода 21%
Во второй серии экспериментов жидкое топливо непосредственно в камеру сгорания не подавалось, а сжигалось в муфельном подогревателе, установленном до камеры сгорания. За счет этого температура вторичного воздуха была повышена дополнительно до 590^оС, а содержание кислорода уменьшилось до 16%
Результаты измерения концентрации оксидов азота в дымовых газах представлены на фиг.4. Экспериментальные точки для первой и второй серии обобщаются соответственно кривыми 1 и 2. Эффективность предлагаемого метода в части снижения оксидов азота подтверждается достаточно наглядно: концентрации уменьшаются почти в три раза. Об улучшении выгоpания топлива свидетельствует уменьшение горючих в уносе с 12 до 8% по данным химического анализа.

Все остальные режимные параметры опытов сохранялись идентичными. Тепловая мощность КС 4,2-5,1 МВт.

Использование: для совместного сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива в котлах тепловой электростанции. Сущность изобретения: в термоизолированном объеме 6 предварительно в потоке вторичного воздуха сжигают жидкое или газообразное топливо или смесь топлива, а отходящие газы подают на участок перемешивания 3, куда одновременно подают пылевоздушную смесь твердого топлива. На участке перемешивания 3 происходит полное перемешивание пылевоздушной смеси и продуктов сгорания, нагретых до 500 - 600 ^oС и дальнейшее сгорание в горелке 2 котлоагрегата 1. 4 ил.

СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ путем подачи пылеугольного топлива в смеси с первичным воздухом в горелку и сжигания жидкого или газообразного топлива в потоке вторичного воздуха, отличающийся тем, что жидкое И/ИЛИ газообразное топливо или их смесь и поток вторичного воздуха подают в термоизолированный объем, а продукты сгорания перемешивают с пылеугольным топливом до подачи его в горелку.