Способ снижения выбросов оксидов азота при сжигании угольной пыли Российский патент 2023 года по МПК F23K1/04 

Изобретение относится к топливосжигающим установкам и может быть использовано для снижения выбросов оксидов азота при сжигании угольной пыли.

При сжигании угля в топливосжигающих установках образовывается большое количество оксидов азота, в основном «топливные» оксиды азота, которые образовываются из азотосодержащих соединений в самом угле.

Одним из эффективных способов снижения выбросов оксидов азота при сжигании угля является организация трехступенчатого сжигания или ребенинга (reburning), основанного на организации в топочной камере над основными горелками зоны с недостатком кислорода (восстановительной зоны). Эта технология организации трехступенчатого сжигания представлена в различных патентах, отличающихся способом организации восстановительной зоны и топливом для ее организации (угольная пыль, природный газ, др.): SU 1817824, F23C 99/00, F23C 7/00, опубликовано: 1993.05.23; RU 2042880 C1, F23C 1/12, 1995.08.27; US 6280695 В1, B01J 8/00, C01B 21/01, F23J 15/02, опубликовано: 28.08.2001; US 6604474 B2, F23B 7/00, F23J 11/00, опубликовано: 12.08.2003; US 6694900, F23J 15/00, F23B 7/00, опубликовано: 24.02.2004; CN 101363620 B, F23C 10/10, F23K 3/02, опубликовано: 07.04.2010; CN 102252324 B, F23C 9/06, F23C 7/00, опубликовано: 27.03.2013; RU 63032 U1, F23C 7/02, опубликовано: 2007.05.10.

Дальнейшее развитее трехступенчатого сжигания заключается в использовании различных технологий подготовки части угля к сжиганию в реакторах пиролиза или в газификаторах и др.: US 6244200, F23C 1/12, F23G 7/06, F23L 15/00, опубликовано: 12.06.2001; CN 101761920 B, F23C 9/06, опубликовано: 04.07.2010; CN 102269402 B, F23C 1/12, опубликовано: 26.03.2014; CN 212204595 U, F23K 1/00, F23K 3/02, F23L 1/00, опубликовано: 22.12.2020.

Недостатком рассмотренных методов подавления оксидов азота при сжигании угля является недостаточное влияние на реакции образования «топливных» оксидов азота, содержащихся в самом топливе.

Наиболее эффективной технологией, позволяющей в несколько раз уменьшить образование "топливных" оксидов азота, можно отнести впервые предложенную Бабием В.И. (Патент РФ N 1114115 A1, F23K 1/00, опубликовано: 04.03.1983) предварительную термообработку угольной пыли перед его сжиганием в топочной камере. Суть метода заключатся в переводе азотистых соединений находящихся в угольной пыле, в основном в летучих соединениях угля, в химически неактивные состояние за счет предварительной термообработки угольной пыли. По сути, происходит процесс деволатилизация - это удаление летучих веществ из твердого вещества при нагреве выше 400°C, процесс хорошо изученный и широко применяемый при производстве полимеров.

Данная технология была развита для теплоэнергетики в следующих опубликованных в патентах: RU 2088848, F23D 1/00, опубликовано: 1992 RU 2034198 C1, F23D 1/02, опубликовано: 30.04.1995; RU 3316 U1, F23D 1/00, опубликовано: 16.12.1996; RU 2062947 C1, F23D 1/02, опубликовано: 27.06.1996; RU 2071011 C1, F23D 1/00, опубликовано: 27.12.1996; RU 2087799 C1, F23D 1/00, опубликовано: 20.08.1997; RU 2088848 C1, F23D 1/00, опубликовано: 27.08.1997; RU 2153633 C1, F23K 1/00, F23D 1/00, опубликовано: 27.07.2000; CN 2763701 Y, F23D 1/00, F23N 5/10, опубликовано: 25.02.2005; CN 104501145 A, F23D 1/00, F23D 17/00, опубликовано: 08.04.2015; CN 205782858 U, F23C 1/12, F23D 14/62, опубликовано: 07.12.2016; CN 105444198 B, F23K 3/02, F23C 10/22, опубликовано: 22.06.2018.

Результаты испытаний на крупном энергетическом котле, при использовании этой технологии, показали низкую эффективность подавления оксидов азота в связи с недостаточным временем термообработки угольной пыли в предлагаемых устройствах, что не обеспечивало протекание необходимых реакций для перевода азотистых соединений в химически неактивные состояния: «Горелка с предварительной термоподготовкой угольной пыли для снижения образования оксидов азота» Бабий В.И., Вербовецкий Э.Х., Артемьев Ю.П., Теплоэнергетика №10, 2000 г, с. 33-38.

Время термообработки угольной пыли можно увеличить за счет применения предварительного подогрева угольной пыли в теплообменниках. Еще в 1985 году авторы патента SU 1185014 A1, F23B 33/12, F23K 1/04, опубликовано: 15.10.1985, рассматривали такую схему, но с целью обеспечения надежности сжигания низкореакционных углей.

Целью заявленного изобретения является снижение выбросов оксидов азота за счет использования всех вышеперечисленных методов подавления оксидов азота и организации горения угольной пыли: термообработка угольной пыли (деволатилизация) в теплообменнике кипящего слоя, организация трехступенчатого сжигания (ребенинг) с использованием продуктов деволатилизации для организации восстановительной зоны процесса ребенинга. За прототип изобретения взят патент US 6244200, F23C 1/12, F23G 7/06, F23L 15/00, опубликовано: 12.06.2001, для девалатилизации угольной пыли в заявленном изобретении используется вместо дополнительного топливо (природного газа) отбор перегретого пара из парового тракта котла или электронагревательные элементы.

На фиг. 1 представлена схема способа снижения выбросов оксидов азота при сжигании угольной пыли.

Способ снижения образования оксидов азота при сжигании угольной пыли выглядит следующим образом: угольная пыль из бункера угольной пыли поступает в теплообменник кипящего слоя, греющим элементом в котором являются поверхности нагрева с перегретым паром, отбираемым из пароперегревателя котла, или электрические нагреватели. Дутьем для псевдоожижения угольной пыли в теплообменнике кипящего слоя являются дымовые газы, или воздух.

В процессе нагрева псевдооженной угольной пыли в теплообеннике кипящего слоя происходит процесс девалатилизации - выход летучих и перевод азотистых соединений в химически неактивные состояния. Далее термообработанную угольную пыль из теплообменника кипящего слоя подают в пылеугольные горелки, а продукты деволатилизации подают в газовые горелки, расположенные над пылеугольными горелками. За счет сжигания продуктов деволатилизации образовывают восстановительную зону. Над газовыми горелками устанавливают сопла третичного воздушного дутья.

В результате внедрения изобретения выбросы «топливных» оксидов азота сокращаются более чем в 2-а раза, интенсивность горения термообработанной угольной пыли значительно возрастает, что позволяет применять более сложные горелочные устройства для подавления «термических» оксидов азота или сжигать низкореационные угли без подсветки. Сжигание продуктов деволатилизации позволяет организовать восстановительную зону процесса ребенинга без применения дополнительного топлива (например, дорогостоящего природного газа) или сложного оборудования использующего технологии пиролиза или газификации угольной пыли.

Изобретение относится к области энергетики. Способ снижения выбросов оксидов азота при сжигании угольной пыли, заключающийся в том, что осуществляют деволатилизацию угольной пыли в теплообменнике кипящего слоя, греющим элементом в котором являются поверхности нагрева с перегретым паром или электрические нагреватели, а дутьем для псевдоожижения угольной пыли являются дымовые газы или воздух, последующую подачу термообработанной угольной пыли из теплообменника кипящего слоя в пылеугольные горелки, а продуктов деволатилизации - в газовые горелки, установленные над пылеугольными горелками, для организации трехступенчатого сжигания над газовыми горелками устанавливают сопла третичного воздушного дутья. Изобретение позволяет снизить оксиды азота. 1 ил.

Способ снижения выбросов оксидов азота при сжигании угольной пыли, заключающийся в том, что осуществляют деволатилизацию угольной пыли в теплообменнике кипящего слоя, греющим элементом в котором являются поверхности нагрева с перегретым паром или электрические нагреватели, а дутьем для псевдоожижения угольной пыли являются дымовые газы или воздух, последующую подачу термообработанной угольной пыли из теплообменника кипящего слоя в пылеугольные горелки, а продуктов деволатилизации - в газовые горелки, установленные над пылеугольными горелками, для организации трехступенчатого сжигания над газовыми горелками устанавливают сопла третичного воздушного дутья.