СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ЭМИССИИ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА В ТОПКЕ ПАРОВОГО ГАЗОМАЗУТНОГО КОТЛА Российский патент 2008 года по МПК F23C9/06 

Изобретение относится к способам уменьшения образования оксидов азота в газообразных выбросах котельных установок, оборудованных газовыми горелками.

Известен способ снижения концентрации оксидов азота в газообразных выбросах тепловых агрегатов, оборудованных преимущественно газовыми горелками, путем двухстадийного сжигания топлива с недостатком кислорода в высокотемпературной зоне с перераспределением потоков топлива и воздуха внутри горелки с подачей богатой топливовоздушной смеси закрученным потоком по периферии канала горелки, остального воздуха - прямоточно по ее оси и смешением потоков за пределами горелки (см., например, SU 457845 А1, М. кл. F23D 13/00, оп. 06.03.1975), [1].

Известен способ уменьшения образования окислов азота в процессе сжигания топлива путем подачи части воздуха к корню факела, а остального - в его концевую зону, и подвода к факелу инертной среды, например, рециркулирующих дымовых газов, между воздушными потоками (см., например, SU 485280 А1, М. кл. F23C 9/00, оп. 28.11.1975) [2].

Известен способ уменьшения эмиссии оксидов азота при сжигании топлива в топке парового газомазутного котла с подовыми коробами дутьевого воздуха и газов рециркуляции для внутренних и периферийных воздушных каналов горелок и каналов газов рециркуляции и горелочными коробами (см. например, RU 2028540 С1, М. кл. F23C 9/00, оп. 09.02.1995) [3]. В данном способе не обеспечивается эффективное снижение эмиссии оксидов азота ввиду отсутствия хорошего перемешивания рециркулируемых газов с дутьевым воздухом при вводе газов через отдельный канал горелки.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении качественного перемешивания рециркулируемых газов с дутьевым воздухом путем перемешивания газов и воздуха до подачи их в горелки.

Технический результат заключается также в уменьшении давления воздуха перед горелками.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе уменьшения эмиссии оксидов азота при сжигании топлива в топке парового газомазутного котла с подовыми коробами дутьевого воздуха и газов рециркуляции для внутренних и периферийных воздушных каналов горелок и каналов газов рециркуляции и горелочными коробами путем предварительного перемешивания газов и воздуха после подовых коробов, начиная с отводов, подающих дутьевой воздух и газы в горелочные короба, удаляют стенки, разделяющие короба внутреннего и периферийного воздуха и рециркулируемых газов, выход газов из подового короба в отводы перекрывают перегородкой, на которой устанавливают сопла для подачи газов в дутьевой воздух с получением смеси и последующей ее подачи во все каналы горелок - внутренние, периферийные воздушные, и каналы газов рециркуляции.

Данный способ может быть реализован при реконструкции газовоздушного тракта парогазомазутных котлов модели ТГМП-204, выпускаемых Таганрогским котельным заводом.

на фиг.1 изображен общий вид подовых коробов, отводов и горелочных коробов газовоздушного тракта котла ТГМП-204;

на фиг.2 - фрагмент коробов, одна четвертая часть;

на фиг.3 - реконструированный газовоздушный тракт котла ТГМП-204 в соответствии с данным изобретением;

на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3;

на фиг.5 - вариант конструкции газового сопла;

на фиг.6 - вариант конструкции газового сопла.

Газовоздушный тракт котла содержит короб 1 каналов газов рециркуляции, короба 2 и 3 воздуха соответственно для внутренних и периферийных каналов горелок, горелочные короба 5 и 7 для внутренних и периферийных каналов горелок и горелочные короба 6 каналов газов рециркуляции, входы 8, 9 и 10 газов рециркуляции и воздуха в подовые короба 1, 2, 3, отводы 4 между коробами 2, 3, 1 внутреннего и периферийного воздуха и газов рециркуляции.

У котла ТГМП-204 на подающем участке газовоздушного тракта перед горелками вблизи топки воздух поступает с двух сторон в расположенные под котлом подовые короба воздуха, идущего в периферийные и внутренние каналы горелок, газы - в подовый короб газов, подаваемых в отдельные каналы рециркулируемых газов горелок. Из подовых коробов через 8 отводов, по 4 с фронта и с тыла котла, воздух и газы поступают в горелочные короба, из которых подаются непосредственно в 36 горелок.

Газы рециркуляции вводятся в топку для регулирования температуры пара при промежуточном перегреве и уменьшения концентрации оксидов азота (NO_x) в уходящих газах. Котел ТГМП-204 разрабатывался в конце 1970-х, начале 1980-х годов. По существовавшим в то время представлениям для регулирования температуры пара при промперегреве не имел значения способ ввода газов в топку - через отдельный канал или в смеси с общим воздухом. Также считалось и считается нередко до сего времени, что по экологической эффективности, т.е. уменьшению концентрации NO_x в уходящих газах, - подача рециркулируемых газов через отдельный канал горелки или в смеси с общим воздухом близки между собой по эффективности.

В последнее десятилетие было показано, что при хорошем перемешивании рециркулируемых газов с дутьевым воздухом эффективность подавления NO_x может быть увеличена в несколько раз и значительно превосходит способ ввода газов через отдельный канал горелки. Это обуславливает целесообразность организовать перемешивание газов с воздухом до подачи их в горелки. Оценки показывают, что при работе на номинальной нагрузке перемешивание рециркулируемых газов и дутьевого воздуха до подачи в горелки позволит при степени рециркуляции r=6...12% на 30% уменьшить концентрацию NO_x по сравнению с существующими значениями, достигаемыми при подаче газов через отдельный канал горелки.

Но кроме этого имеется еще один довод в пользу предварительного перемешивания газов и воздуха. По технологическим причинам степень рециркуляции при работе котла на номинальной нагрузке невелика - 6% или максимум 12%, а при работе на нагрузке 50% - достигает 40% и более. Давление воздуха перед горелками при работе на номинальной нагрузке составляет около 2000 Па. При относительно небольшой степени рециркуляции (менее 12%) подача смеси рециркулируемых газов с воздухом через воздушные и газовые каналы позволит уменьшить давление воздуха перед горелками примерно в два раза. При этом напор дымососа газов рециркуляции остается достаточным для подачи необходимого расхода газов в случае работы котла с нагрузкой 50%.

Таким образом, представляется несомненной целесообразность перемешивания газов рециркуляции с общим воздухом до подачи их в горелки.

Ввиду больших сечений и относительно малых длин коробов важным является выбор способа ввода газов в воздух, обеспечивающего необходимое качество перемешивания. Выбрать оптимальное решение позволяют современные средства вычислительной гидродинамики (ВГД). Надо, кроме того, обеспечить возможно малую трудоемкость и металлоемкость конструкции и хорошее качество смешения.

Выполненные проработки позволяют выбрать вариант с вводом газов в воздух в начальном сечении отводов 4 из подовых коробов 1, 2, 3.

Для решения поставленной задачи согласно изобретению удаляют разделяющие стенки в отводах 4 между коробами 2, 3, 1 внутреннего и периферийного воздуха и газов рециркуляции. В горелочном коробе 11 эти перегородки также возможно полностью удаляются, за исключением тех участков, которые необходимы по соображениям жесткости конструкции, устанавливают перегородку 12, перекрывающую выход газов из подового короба 1 газов (он сохранился) в бывший короб газов в отводе 4 и далее - в горелочный короб 11, на этой перегородке 12 устанавливают сопла 13, через которые газы поступают в воздух.

Сопла 13 обеспечивают распределение газов в потоке воздуха с тем, чтобы после прохождения отводов 4 и горелочного короба 11 смесь газов и воздуха оказалась достаточно хорошо перемешанной. Требуемое качество перемешивания должно быть обеспечено выбором геометрии сопел 13 для ввода газов и при необходимости - установкой в отводах 4 или в горелочном коробе 11 лопаток в потоке воздуха и газов, обеспечивающих вторичные течения и перемешивание.

На фиг.4 и фиг.5 приведены два варианта конструкции сопла 13. На фиг.4 - для ввода газов с равномерной раздачей вдоль оси сопла 13; на фиг.5 - с раздачей газов в потоке сосредоточенным «пятном». Для выбора геометрии сопел 13 и возможных дополнительных лопаток в коробах 11 используют средства вычислительной гидродинамики.

Здесь 14 - вход газов в сопло, 15 - выход газов в поток дутьевого воздуха.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при реконструкции котлов модели ТГМП-204 с целью уменьшения давления воздуха перед горелками и уменьшения концентрации оксидов азота в уходящих газах. Этот технический результат достигается тем, что на котле ТГМП-204 для уменьшения оксидов азота, образующихся при сжигании топлива, и уменьшения давления воздуха перед горелками после подовых коробов, начиная с отводов, подающих воздух и газы в горелочные короба, удаляют стенки, разделяющие короба внутреннего и периферийного воздуха и рециркулируемых газов, выход газов из подового короба в отводы перекрывают стенками, а для ввода газов в отводы устанавливают сопла, обеспечивающие распределение газов в дутьевом воздухе таким образом, чтобы при дальнейшем течении смеси до горелок произошло перемешивание воздуха и газов, причем смесь подают во все каналы существующих горелок - внутренний и периферийный воздушные, и канал газов рециркуляции. 6 ил.

Способ уменьшения эмиссии оксидов азота при сжигании топлива в топке парового газомазутного котла с подовыми коробами дутьевого воздуха и газов рециркуляции для внутренних и периферийных воздушных каналов горелок и каналов газов рециркуляции и горелочными коробами путем предварительного перемешивания газов и воздуха, причем после подовых коробов, начиная с отводов, подающих дутьевой воздух и газы в горелочные короба, удаляют стенки, разделяющие короба внутреннего и периферийного воздуха и рециркулируемых газов, выход газов из подового короба в отводы перекрывают перегородкой, на которой устанавливают сопла для подачи газов в дутьевой воздух с получением смеси и последующей ее подачи во все каналы горелок - внутренние и периферийные воздушные каналы и каналы газов рециркуляции.