СПОСОБ СНИЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА В ОТХОДЯЩИХ ДЫМОВЫХ ГАЗАХ ПРИ СЖИГАНИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА И ФОРСУНКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2001 года по МПК F23C11/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к способам уменьшения образования оксидов азота в процессе сжигания топлива в горелочных устройствах котельных агрегатов, а также к конструкции таких устройств, а именно форсунок.

Известно, что для подавления образования оксидов азота при сжигании углеводородного топлива производится ввод в зону горения воды [1]. Известные способы различаются по методам такого ввода в различные области факела. Так согласно способу сжигания углеводородного топлива [2, 3] впрыск воды производят вдоль границы факела. В воду перед впрыском может быть добавлена часть топлива. Отмечено двух-трехкратное снижение концентрации оксидов азота в отходящих дымовых газах. Известен способ снижения концентрации оксидов азота в отходящих дымовых газах при сжигании углеводородного топлива в присутствии воды, причем воду тоже подают снаружи факела [4]. Отмечено снижение концентрации оксидов азота не более чем на 25%. Однако наиболее интенсивный процесс образования оксидов азота происходит во внутренней области факела, поэтому известные способы не являются достаточно эффективными.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ снижения концентрации оксидов азота в отходящих дымовых газах при сжигании углеводородного топлива в присутствии воды, согласно которому оксиды азота дополнительно восстанавливают путем контактирования дымовых газов с нагретым коксом, а воду подают в зону максимальных температур факела снаружи (через отдельные форсунки) [5]. Отмечена практически 100 %-ная очистка отходящих газов от оксидов азота. Однако несмотря на высокую эффективность способ является относительно сложным, т.к. содержит дополнительный этап. Кроме того, способ затруднительно использовать на котельных, не использующих кокс.

Известны различные конструкции форсунок, предназначенных для подачи двух и более компонентов в зону горения.

Известна форсунка для сжигания топлива, содержащая коаксиальные центральный и периферийный прямоугольные каналы, причем центральный и периферийный каналы сообщены с источником пара и топлива соответственно [6]. Несмотря на относительную простоту конструкции, форсунка не обеспечивает высокого качества распыливания топлива и не может быть эффективно использована для подачи воды внутрь факела.

Известна форсунка для сжигания топлива, содержащая коаксиальные центральный, промежуточный и периферийный каналы [7]. Выходные отверстия периферийного канала расположены на окружности, симметричной оси форсунки. Промежуточный канал служит для подачи жидкости, а другие каналы - распылителя. Форсунка имеет сложную конструкцию и не может быть эффективно использована для подачи воды во внутреннюю центральную часть факела.

Известна форсунка для сжигания топлива, выбранная в качестве прототипа, содержащая коаксиальные центральный и периферийный каналы, снабженные завихрителями с винтовыми проточками, причем выходные отверстия периферийного канала расположены на окружности, симметричной оси форсунки [8]. Центральный канал соединен с источником топлива, а периферийный - с источником пара. Форсунка имеет относительно сложную конструкцию и не может быть эффективно использована для подачи воды во внутреннюю центральную часть факела.

Целью изобретения является упрощение и повышение эффективности способа снижения концентрации оксидов азота в отходящих дымовых газах при сжигании углеводородного топлива в присутствии воды, а также создание относительно простой форсунки для осуществления заявленного способа.

Указанная цель достигается следующим образом.

Способ снижения концентрации оксидов азота в отходящих дымовых газах при сжигании углеводородного топлива осуществляют путем подачи воды во внутреннюю область факела. Причем может также использоваться нефтесодержащая вода, в частности омазученная. В качестве топлива может использоваться мазут, при этом соотношение подаваемой воды и мазута должно составлять 0,2...0,3. Рациональнее подавать воду и топливо через одну и ту же форсунку. В этом случае воду лучше подавать через центральный канал форсунки, а топливо - через периферийные каналы. Наилучший эффект достигается, когда струи топлива и воды на выходе из форсунки тангенциально закручивают.

Конструкция форсунки для сжигания топлива, с помощью которой может быть наилучшим образом реализован заявленный способ, предусматривает выполнение коаксиальных центрального и периферийного каналов, которые сообщаются с источником воды и топлива соответственно. Каналы снабжены завихрителями с винтовыми проточками, причем выходные отверстия периферийного канала расположены на окружности, симметричной оси форсунки, а выходное отверстие центрального канала расположено на оси форсунки.

Каналы могут быть образованы с помощью корпуса типа стакан и коаксиальной полой втулки, размещенной внутри корпуса. Причем корпус может состоять из полого цилиндра, который соединен резьбой с торцовой крышкой, имеющей выходные отверстия.

Завихрители форсунки могут быть выполнены в виде закрепленных в гнездах корпуса цилиндрических вставок с наружной резьбой. Причем лучший результат достигается, когда резьба является прямоугольной и многозаходной.

Для форсунки с составным корпусом и резьбовыми цилиндрическими вставками центральный завихритель может быть закреплен в гнезде в осевом направлении торцом втулки, ввинченной в корпус. Другим вариантом такой форсунки предусматривается закрепление в гнездах в осевом направлении периферийных завихрителей с помощью торца, ввинченного в крышку цилиндра. В этом случае периферийные завихрители могут быть закреплены с помощью шайбы.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен главный вид (в разрезе) комбинированной форсунки; на фиг. 2 - вид справа.

Изобретение поясняется на примере конструкции комбинированной форсунки и осуществления заявленного способа с использованием этой форсунки при сжигании мазута в присутствии воды. Корпус форсунки состоит из полого наружного цилиндра 1, ввинченного в крышку 2. В крышку 2 также ввинчена полая втулка 3, размещенная внутри цилиндра 1 и фиксирующая центральную вставку 4. Четыре периферийные вставки 5 фиксируются в крышке 2 за счет шайбы 6, которая опирается на торец цилиндра 1. Крышка 2 имеет одно центральное ступенчатое выходное отверстие 7 и четыре периферийных ступенчатых отверстия 8, оси которых расположены под острым углом к оси форсунки. Цилиндрические вставки 4 и 5 имеют наружную прямоугольную двухзаходную резьбу. Детали форсунки выполнены из нержавеющей стали.

В процессе работы котельной установки мазут подается в периферийный канал форсунки, образованный цилиндром 1 и втулкой 3, откуда далее поступает в четыре гнезда в крышке 2 и, закручиваясь на резьбе вставок 5, через отверстия 8 поступает в зону горения. Омазученная вода подается в центральный канал во втулке 3 и, закручиваясь на резьбе вставки 4, через отверстие 7 поступает в зону горения внутрь факела, где происходит частичное снижение температуры за счет чего уменьшается образование оксидов азота в самом "неблагоприятном" месте факела. При запуске котельной установки вода не подается. Экспериментально установлено, что на рабочем режиме факел не затухает даже при соотношении воды и мазута 1 кг/кг. Однако наиболее оптимальным соотношением, при котором концентрация оксидов азота снижается более чем в 3,5 раза, является 0,2...0,3 кг/кг. При этом коэффициент использования теплоты снижается незначительно. Способ также позволяет рационально утилизировать омазученную воду.

Предлагаемый способ и конструкция форсунки являются универсальными в отношении используемых видов топлива (газообразное, жидкое, угольная пыль).

Источники информации
1. Кормилицын В. И. , Лысков М.Г., Третьяков Ю.М. Экономичность работы парового котла при управлении процессом сжигания топлива вводом влаги в зону горения //Теплоэнергетика. 1988, N 8, с. 13.

2. A.c. CCCP N 1076700, 1984.

3. A.c. СССР N 1252611, 1986.

4. Васильев В.Г. и др. Сокращение выброса окислов азота путем зонального впрыска влаги в топку котлов. //Электрические станции, 1986, N 2, с. 38-40.

5. Патент РФ N 2091140, 1997.

6. A.c. CCCP N 1361426, 1987.

7. Патент РФ N 2069813, 1996.

8. Патент РФ N 2021557, 1994.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к способам уменьшения образования оксидов азота в процессе сжигания топлива в горелочных устройствах котельных агрегатов, а также к конструкции таких устройств, а именно форсунок, и позволяет повысить эффективность способа снижения концентрации оксидов азота в отходящих дымовых газах при сжигании углеводородного топлива в присутствии воды и создать относительно простую форсунку для осуществления способа. Способ осуществляют путем сжигания мазута при соотношении подаваемой воды и мазута, равном 0,2 - 0,3 кг/кг. Конструкция форсунки для сжигания топлива, с помощью которой может быть наилучшим образом реализован заявленный способ, предусматривает выполнение коаксиальных центрального и периферийного каналов, которые сообщаются с источником воды и топлива соответственно. Каналы снабжены завихрителями с винтовыми проточками, причем выходные отверстия периферийного канала расположены на окружности, симметричной оси форсунки, а выходное отверстие центрального канала расположено на оси форсунки. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ снижения концентрации оксидов азота в отходящих дымовых газах при сжигании углеводородного топлива в присутствии воды, подаваемой во внутреннюю область факела, отличающийся тем, что в при сжигании мазута соотношение подаваемой воды и мазута составляет 0,2-0,3 кг/кг. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду и мазут подают через одну и ту же форсунку. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используется омазученная вода. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что воду подают через центральный канал форсунки, а мазут - через периферийные каналы. 5. Способ по пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что струи мазута и воды на выходе тангенциально закручивают. 6. Форсунка для сжигания топлива, содержащая коаксиальные центральный и периферийный каналы, снабженные завихрителями с винтовыми проточками, причем выходные отверстия периферийного канала расположены на окружности, симметричной оси форсунки, отличающаяся тем, что центральный и периферийный каналы сообщены с источником воды и топлива соответственно, а выходное отверстие центрального канала расположено на оси форсунки. 7. Форсунка по п.6, отличающаяся тем, что каналы образованы с помощью корпуса стакана и коаксиальной полой втулки, размещенной внутри корпуса. 8. Форсунка по п.6, отличающаяся тем, что завихрители выполнены в виде закрепленных в гнездах корпуса цилиндрических вставок с наружной резьбой. 9. Форсунка по пп.6 и 7, отличающаяся тем, что корпус состоит из полого цилиндра, соединенного резьбой с торцовой крышкой, имеющей выходные отверстия. 10. Форсунка по пп.6 и 8, отличающаяся тем, что резьба является прямоугольной. 11. Форсунка по пп.6 и 8, отличающаяся тем, что резьба является многозаходной. 12. Форсунка по пп.6 - 8, отличающаяся тем, что центральный завихритель закреплен в гнезде в осевом направлении торцом втулки, ввинченной в корпус. 13. Форсунка по пп.6 - 9, отличающаяся тем, что периферийные завихрители закреплены в гнездах в осевом направлении торцом ввинченного в крышку цилиндра. 14. Форсунка по пп.6 - 9 и 13, отличающаяся тем, что периферийные завихрители закреплены с помощью шайбы.