СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 2004 года по МПК F23C11/00 

Изобретение относится к тепловой энергетике и может быть использовано в паровых котлах с пылесистемами прямого вдувания топлива.

Известен способ сжигания топлива в камерной топке парового котла, позволяющий снизить концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания. В известном способе топливо и 80-85% воздуха подают через горелки, расположенные в два яруса на фронтовой стене камерной топки. Остальной воздух подают через сопла острого дутья, расположенные в три яруса на задней стене камерной топки, причем расход воздуха через каждый ярус горелок устанавливают с превышением над предыдущим (а.с. СССР №1456699).

Недостатком данного способа является невозможность его адекватного применения на котлах с пылесистемами прямого вдувания топлива.

Известен также способ сжигания топлива в камерной топке парового котла с пылесистемой прямого вдувания топлива, содержащей вертикальную экранированную призматическую камеру сгорания с холодной воронкой, расположенную на фронтовой стене камеры сгорания амбразуру для подачи пылевоздушной смеси, соединенную при помощи шахты с мельницей, и установленные по ширине амбразуры наклонно вниз сопла вторичного дутья. На скате холодной воронки фронтовой стенки камеры сгорания дополнительно установлены сопла третичного дутья [2].

Недостатком известного способа является высокая концентрация оксидов азота в дымовых газах.

Известна также топка с вертикальной призматической камерой сгорания, под которой расположена холодная воронка, а на вертикальных стенках камеры установлены пылеугольные горелки с устройством ввода высокореакционного топлива и воздушные сопла [3]. Ввод высокореакционного топлива совместно с угольной пылью улучшает условия воспламенения и сжигания угольной пыли за счет повышения локальных температур. Такое решение, однако, значительно увеличивает образование оксидов азота.

Наиболее близким техническим решением из известных к предлагаемому является способ совместного сжигания газообразного и пылевидного топлива путем подачи пылевоздушной смеси и вторичного воздуха через горелки, установленные на фронтовой стене камерной топки, с образованием зоны факела с недостатком для полного сгорания окислителя и компенсирующих потоков воздуха для дожигания продуктов неполного сгорания через сопла над вводимыми потоками топлива со стены с пылевыми горелками и с противоположной ей стены [4]. Известный способ реализует трехступенчатую схему двухкомпонентного сжигания, при этом зона дожигания образована встречными потоками третичного воздуха. Недостатком известного решения является то, что он не учитывает особенностей аэродинамики камерной топки парового котла с пылесистемой прямого вдувания топлива и кинетики химических процессов горения. Стехиометрическая, восстановительная и дожигательная зоны располагаются последовательно по ходу газов, как это принято на газомазутных паровых котлах (классическая "прямая" схема). Недостатком известного способа является также то, что вторичное топливо (газ) и воздух подаются равномерно по всей ширине камерной топки, что для парового котла с пылесистемой прямого вдувания топлива приводит к повышенным значениям температур в локальных зонах факела и существенным образованиям NО_х.

Задача (технический результат) настоящего изобретения - снижение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания.

Технический результат достигается посредством способа сжигания топлива в камерной топке парового котла с пылесистемой прямого вдувания топлива путем подачи первичной пылевоздушной смеси и вторичного воздуха через пылеугольные горелки, установленные на фронтовой стене камерной топки, с образованием зоны факела, с недостатком окислителя, подачи вторичного топлива, предпочтительно высокореакционного через горелки, установленные под пылеугольными горелками на боковых стенах камерной топки, направленного перпендикулярно к оси ввода основного пылевоздушного потока, а также подачи воздушных струй через сопла третичного дутья, расположенные выше пылеугольных горелок, для дожигания образовавшихся продуктов неполного сгорания, при этом в районе пылеугольных горелок коэффициент избытка воздуха равен α₁≅0,95-1,0, причем первичная пылевоздушная смесь составляет 80-85% по теплу, а поток вторичного топлива составляет 15-20% по теплу, кроме того, формируют восстановительную зону с недостатком окислителя при коэффициенте избытка воздуха равным α₂≅0,86-0,93.

Способ реализуется путем подачи вторичного топлива непосредственно в область проседания факела через горелки, смещенные в сторону задней стены камерной топки.

Способ реализуется путем изменения глубины проседания факела посредством воздействия на положение завихрителя в потоке вторичного воздуха.

При этом совместное сжигание пылевоздушной смеси и вторичного топлива в условиях недостатка окислителя характеризуется выходом газов-восстановителей и соответственно восстановлением части образовавшихся оксидов азота до молекулярного азота и уменьшением таким образом концентрации NО_х в продуктах сгорания. На котлах с пылесистемой прямого вдувания имеет место область проседания пылеугольного факела с существенным избытком окислителя. Способ учитывает особенность аэродинамики факела, который своей областью проседания смещен в сторону задней стенки камерной топки при соответствующем смещении горелочного устройства (форсунки) вводимого вторичного топлива. Поэтому, учитывая специфику аэродинамики камерной топки парового котла с пылесистемой прямого вдувания топлива и кинетику химических процессов горения, восстановительная зона сформирована ниже пылеугольных горелок. Иными словами, по концентрации окислителя схема может быть названа "перевернутой". По ходу газов - восстановительная зона, стехиометрическое сжигание в области пылеугольных горелок и зона дожигания выше пылеугольных горелок.

Способ отличается еще и тем, что при изменении режима работы парового котла и соответственно пылесистемы прямого вдувания топлива изменяются абсолютные потоки первичной пылевоздушной смеси и вторичного воздуха, что ведет к изменению положения области проседания (область проседания "плавает") и стационарное введение вторичного топлива будет неэффективным с позиции решения упомянутой выше технической задачи. Поэтому глубину проседания факела изменяют путем воздействия на положение завихрителя в потоке вторичного воздуха в зависимости от режима работы парового котла.

На чертеже показана камерная топка парового котла с пылесистемой прямого вдувания топлива и схема реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит вертикальную экранированную призматическую камерную топку 1 с холодной воронкой 2, расположенную на фронтовой стене 3 камерной топки 1, амбразуру 4 для подачи первичной пылевоздушной смеси, соединенную при помощи шахты или пылепроводов 5 с мельницей 6, горелки 7 для подачи вторичного топлива, расположенные на боковых стенах 8 камеры 1 ниже пылеугольных горелок, сопла 9 третичного дутья, расположенные на задней стене 10 камерной топки 1 выше пылеугольных горелок, и завихритель 11 в канале 12 подачи вторичного воздуха в пылеугольные горелки 4.

При работе устройства топливо в виде готовой первичной пылевоздушной смеси из мельницы 6 по шахте 5 через горелки 4 поступает в камерную топку 1. Первичная пылевоздушная смесь составляет 80-85% по теплу. Вторичный воздух подается из расчета образования в области пылеугольных горелок зоны факела с недостатком окислителя, обеспечивающим стехиометрическое сжигание. Величина коэффициента избытка воздуха в районе пылеугольных горелок равна α ₁=0,95-1,0.

Характерной особенностью данного класса паровых котлов является существенное проседание факела в направлении холодной воронки 2. Глубина проседания факела при изменении режимов работы парового котла может изменяться, поэтому предусмотрен соответствующий регулирующий орган для ее стабилизации в районе горелок вторичного топлива, например, посредством изменения положения завихрителя 11 в потоке вторичного воздуха.

Через горелки 7 в область проседания факела подается вторичное топливо 13 (15-20% по теплу) из расчета значения коэффициента избытка воздуха α₂ в зоне совместного горения угольной пыли и вторичного топлива α₂≅0,86-0,93. Область совместного горения угольной пыли и вторичного топлива в условиях недостатка окислителя характеризуется выходом газов-восстановителей и как следствие восстановлением части образовавшихся оксидов азота до молекулярного азота. Горелка 7 предусматривает также подачу при необходимости небольшого количества (до 5-10% V₀) в качестве окислителя.

Остальной воздух, необходимый для дожигания образовавшихся продуктов неполного сгорания, подается через сопла третичного дутья 9, что позволяет поддерживать показатели экономичности парового котла в нормативных пределах.

Таким образом, технический результат достигается путем формирования "перевернутой" трехступенчатой схемы сжигания топлива, в которой по ходу газов формируют зоны: восстановительную с α≅0,86-0,93, стехиометрическую с α≅0,95-1,0 и дожигания с подачей остального необходимого для полного сгорания воздуха через горелки третичного дутья.

Пример. Способ сжигания реализуют на котле ТПЕ-208 с пылесистемой прямого вдувания топлива на базе молотковых мельниц с шахтными сепараторами. Через пылеугольные горелки, расположенные на фронтовой стене, подается 80-85% топлива по теплу и часть вторичного воздуха из расчета поддержания коэффициента избытка воздуха в районе пылеугольных горелок α₁≅0,95-1,0. Через горелки (форсунки), расположенные на боковых стенах топки и смещенные в сторону задней стены, в область проседания факела (ниже уровня ввода пылевоздушной смеси) подается вторичное преимущественно высокореакционное топливо (15-20% по теплу) и при необходимости дополнительный воздух из расчета значения коэффициента избытка воздуха α₂=0,86-0,93, что позволяет формировать восстановительную зону факела. Через сопла третичного дутья, расположенные на задней стене камерной топки, подается остальной воздух, необходимый для полного сгорания топлива.

Экспериментальные исследования показали, что концентрация NО_х при новом способе сжигания составляет порядка 390 мг/м³, т.е. имеет место существенное уменьшение вредных выбросов, примерно в 2-3 раза по сравнению с концентрацией NО_x при обычной организации топочного процесса.

При этом имеет также место повышение экономичности работы котла за счет уменьшения неконтролируемых потерь с присосами в холодной воронке.

Изобретение может быть использовано в котельных агрегатах с пылесистемами по схеме прямого вдувания. Способ сжигания топлива в камерной топке парового котла с пылесистемой прямого вдувания топлива заключается в подаче первичной пылевоздушной смеси и вторичного воздуха через пылеугольные горелки, установленные на фронтовой стене камерной топки, с образованием зоны факела с недостатком окислителя, вторичного топлива, предпочтительно высокореакционного через горелки, установленные под пылеугольными горелками на стенах камерной топки, направленного перпендикулярно к оси ввода основного пылевоздушного потока, а также воздушных струй через сопла третичного дутья, расположенных выше пылеугольных горелок для дожигания образовавшихся продуктов неполного сгорания, в районе пылеугольных горелок коэффициент избытка воздуха равен 0,95…1,0, причем первичная пылевовоздушная смесь составляет 80…85% по теплу, а поток вторичного топлива составляет 15…20% по теплу, кроме того, формируют восстановительную зону с недостатком окислителя при коэффициенте избытка воздуха равным 0,86…0,93. Вторичное топливо подается непосредственно в область проседания факела через горелки, смещенные в сторону задней стены камерной топки. Глубину проседания факела изменяют путем воздействия на положение завихрителя в потоке вторичного воздуха. Изобретение позволяет улучшить состояние окружающей среды за счет снижения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ сжигания топлива в камерной топке парового котла с пылесистемой прямого вдувания топлива путем подачи первичной пылевоздушной смеси и вторичного воздуха через пылеугольные горелки, установленные на фронтовой стене камерной топки, с образованием зоны факела с недостатком окислителя, вторичного топлива, предпочтительно высокореакционного, через горелки, установленные под пылеугольными горелками на стенах камерной топки, направленного перпендикулярно к оси ввода основного пылевоздушного потока, а также воздушных струй через сопла третичного дутья, расположенных выше пылеугольных горелок для дожигания образовавшихся продуктов неполного сгорания, отличающийся тем, что в районе пылеугольных горелок коэффициент избытка воздуха равен 0,95-1,0, причем первичная пылевовоздушная смесь составляет 80-85% по теплу, а поток вторичного топлива составляет 15-20% по теплу, кроме того, формируют восстановительную зону с недостатком окислителя при коэффициенте избытка воздуха, равном 0,86-0,93.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторичное топливо подается непосредственно в область проседания факела через горелки, смещенные в сторону задней стены камерной топки.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что глубину проседания факела изменяют путем воздействия на положение завихрителя в потоке вторичного воздуха.