Способ снижения выбросов оксидов азота при сжигании газа в пылегазовой горелке, пылегазовая горелка для его реализации Российский патент 2024 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к топливосжигающим установкам, сжигающим твердое и газообразное топливо, и может быть использована для снижения выбросов оксидов азота при сжигании топливного газа в пылегазовой горелке.

Одним из путей снижения загрязнения атмосферы оксидами азота является перевод топливосжигающих установок с угля на природный газ.

В России, после широкого внедрения в энергетике в 1970-х годах природного газа, большое количество пылеугольных котлов были переведены на совместное сжигание угля и природного газа, за счет замены угольных горелок на пылегазовые горелки. В соответствии с ОСТ 108.030.26-78 «Горелки вихревые пылеугольные, пылегазовые и компоновка их с топами. Методы расчета и проектирования», сопла подачи топливного газа размещают в воздушном канале. Требования к конструкции горелки, такие как скорости сред, параметр крутки и другое, для эффективного сжигания угольной пыли и топливного газа имеют различные значения. В результате организации сжигания угля и топливного газа в одной грелке часто приводит к тому, что выбросы оксидов азота при сжигании топливного газа значительно превышают нормативные значения, в некоторых случаях даже выше чем при сжигании угля: «Исследование котла БКЗ-220-100 на твердом топливе для разработки способов снижения выбросов оксидов азота» Григорьев Д.Р., Котлер В.Р., Кравец А.С. «Электрические станции» 2004. №12.

В Российских патентах (SU1562598 опубликовано 1990-05-07, RU2071012C1 опубликовано 1996-12-27, RU2210024 опубликовано 2003-08-10, RU151129U1 опубликовано 2015-03-20, RU2147708C1 опубликовано 2000-04-20) и зарубежных патентах (US5240410A опубликовано 1993-08-31, CN1020656C опубликовано 1996-03-05, US4836772 опубликовано 1989-06-06, US4915619 опубликовано 1990-04-10, AU727761B2 опубликовано 1996-05-30, EP0756134A1 опубликовано 1996-04-24, EP0836048A1 опубликовано 1996-10-08, US5823764 опубликовано 1998-10-20, US6951454 В2 опубликовано 2005-10-04) разработано большое количество пылегазовых горелок, но во всех случаях топливный газ подается в воздух что приводит к повышенным выбросам оксидов азота при сжигании топливного газа.

Одним из эффективных способов снижения выбросов оксидов азота при сжигании топливного газа являются использование рециркуляции дымовых газов, что обеспечивает снижение температуры факела и снижение концентрации реагирующих веществ, определяющих образование оксидов азота.

В следующих изобретениях (US 5542840A опубликовано 1996-08-06, US 6773256B2 опубликовано 2004-08-10, RU 2426030C2 опубликовано 2011-08-10, US 5275552A опубликовано 1994-01-04, US 20080096146A1 опубликовано 2008-04-24, US 6007325A опубликовано 1999-12-28, US 7670135В1 опубликовано 2010-03-02, US 9593847В1 опубликовано 2017-03-14, US 9593848А1 опубликовано 2015-12-10, US 20150285491A1 опубликовано 2015-10-08, US 6875008 В1 опубликовано 2005-04-05, KR 101213883B1 опубликовано 2012-12-18) рециркуляция дымовых газов организовывается самими горелками без дополнительных систем подачи дымовых газов, включающих систему дымоходов и дымосос рециркуляции. В этих изобретениях используют принцип внутритопочной рециркуляции за счет впрыска топливного газа не в воздушный поток, а снаружи устья горелки. Дымовые газы эжектируются в зону горения, что обеспечивает сжигание разбавленного газообразного топлива и снижение образование оксидов азота.

Одним из эффективных способов снижения выбросов оксидов азота при сжигании угля является организация ступенчатого сжигания, основанного на организации ступенчатого подачи воздуха к факелу горелки. Эта технология организации ступенчатого сжигания представлена в различных патентах, отличающихся способом подачи воздуха в топку:

CN106287667A опубликовано 2017-01-04, DE102004059679B4 опубликовано 2005-12-22, CN107559822A опубликовано 2018-01-09, DE102004059888A1 опубликовано 2006-06-22.

В качестве прототипа принимается горелочное устройство, описанное в патенте RU151129U1 опубликовано 2015-03-20.

Техническим результатом изобретения является снижение выбросов оксидов азота при сжигании топливного газа в пылегазовой горелке за счет выделения каналов для топливного газа из каналов пылегазовой горелки, предназначенных для сжигания угольной пыли, организации внутритопочной рециркуляции дымовых газов, при которой топливной газ разбавляется дымовыми газами перед тем, как они вступает в реакцию с кислородом воздуха.

Технический результат достигается за счет способа снижения выбросов оксидов азота, заключающийся в том, что в пылегазовой горелке, содержащей канал для подачи угольной пыли и воздушный канал, устанавливают газораздающие трубки с соплами на выходе. Согласно изобретению, по периметру канала для подачи угольной пыли коаксиально размещают отдельные воздушные каналы, газораздающие трубки устанавливают в отдельных воздушных каналах, сопла газораздающих трубок выводят в топку за пределы воздушного потока, выходящего из воздушного канала, и размещают по периметру амбразуры, струями топливного газа, вытекающего из сопел, эжектируют дымовые газы, топливный газ разбавляют дымовыми газами перед смешиванием его с воздушным потоком, поступающим из воздушного канала, и воспламенением, отдельные воздушные каналы подключают или к отдельному воздушному подводу, отключаемому при работе пылегазовой горелки на топливном газе, или отдельные воздушные каналы подключают к воздушному каналу через соединительные воздушные каналы, в воздушном канале размещают шибер, выполненный с возможностью перекрытия входа в соединительные воздушные каналы, при работе пылегазовой горелки на угольной пыли в отдельные воздушные каналы подают воздух.

Способ осуществляется посредством пылегазовой горелки, содержащей канал для подачи угольной пыли, воздушный канал, газораздающие трубки с соплами на выходе. Согласно изобретению, по периметру канала для подачи угольной пыли коаксиально размещены отдельные воздушные каналы, газораздающие трубки установлены в отдельных воздушных каналах, сопла газораздающих трубок выведены в топку за пределы воздушного потока, выходящего из воздушного канала, и размещены по периметру амбразуры, отдельные воздушные каналы подключены или к отдельному воздушному подводу, отключаемому при работе пылегазовой горелки на топливном газе, посредством шибера, размещенного в отдельном воздушном подводе, или отдельные воздушные каналы подключены к воздушному каналу через соединительные воздушные каналы, в воздушном канале установлен шибер, выполненный с возможностью перекрытия входа в соединительные воздушные каналы.

На фиг. 1 изображена схема пылегазовой горелки с газораздающими трубками 2, установленными в отдельных воздушных каналах 3, размещенных коаксиально по периметру канала для подачи угольной пыли 1, присоединённых к отдельному воздушному подводу 4 со своим воздушным шибером 5. Воздушный канал 7 пылеугольной горелки имеет шибер 6.

На фиг. 2 вид из топки на рассматриваемую пылегазовую горелку.

На фиг. 3 изображена схема варианта пылегазовой горелки с газораздающими трубками 2, установленными в отдельных воздушных каналах 3, подключённых к воздушному каналу 7 через соединительные воздушные каналы 8, которые перекрыты воздушным шибером 9.

На фиг. 4 изображена схема варианта пылегазовой горелки, изображённой на фиг. 3 при сжигании угольной пыли, воздушный шибер 9 открыт.

На фиг. 5 вид из топки на варианта пылегазовой горелки, изображённой на фиг. 3.

Способ снижения выбросов оксидов азота при сжигании топливного газа в пылегазовой горелке выглядит следующим образом (фиг. 1): в начале набора нагрузки воздух подается в отдельные воздушные каналы 3, после набора мощности топливосжигающей установки выше 20% и разогреве топки до достаточных температур для стабильного воспламенения, шибером 5 (фиг. 1) или шибером 9 (фиг. 3) перекрывают доступ воздуха в отдельные воздушные каналы 3, в которых размещены газораздающие трубки 2.

В результате внедрения такого устройства, топливный газ 10, вытекающий из сопел 11, эжектирует дымовые газы 13, разбавляется ими, новое подготовленное топливо 14 достигает воздушный поток 15, и процесс горения происходит с меньшими концентрациями реагирующих веществ и меньшими температурами, что обеспечивает снижение образования оксидов азота.

Работа пылегазовой горелки при сжигании угольной пыли изображена на фигуре 4. Воздушный шибер 9, размещенный в воздушном канале 7 открывают, воздух 16 из воздушного канала 7 подается через соединительные воздушные каналы 8 в отдельные воздушные каналы 3 для обеспечения обдува и охлаждения газовых сопел 11 струями воздухом 17. За счет организации ступенчатой подачи воздуха струями 17 к пылеугольному факелу 18, обеспечивается ступенчатое сжигание угольной пыли и снижение выбросов оксидов азота при сжигании угольной пыли.

Организация работы варианта пылегазовой горелки, изображённой на фиг. 1, с отдельным воздушным подводом 4 с шибером 5 при сжигании угольной пыли производится подобным образом.

В результате внедрения изобретения выбросы оксидов азота при сжигании топливного газа в пылегазовой горелке сокращаются более чем в 2 раза, при сжигании угольной пыли выбросы оксидов азота сокращается на 20%.

Изобретение относится к области энергетики. Способ снижения выбросов оксидов азота заключается в том, что в пылегазовой горелке, содержащей канал для подачи угольной пыли и воздушный канал, устанавливают газораздающие трубки с соплами на выходе. По периметру канала для подачи угольной пыли коаксиально размещают отдельные воздушные каналы, газораздающие трубки устанавливают в отдельных воздушных каналах, сопла газораздающих трубок выводят в топку за пределы воздушного потока, выходящего из воздушного канала, и размещают по периметру амбразуры. Струями топливного газа, вытекающего из сопел, эжектируют дымовые газы, топливный газ разбавляют дымовыми газами перед смешиванием его с воздушным потоком, поступающим из воздушного канала, и воспламенением. Отдельные воздушные каналы подключают или к отдельному воздушному подводу, отключаемому при работе пылегазовой горелки на топливном газе, или отдельные воздушные каналы подключают к воздушному каналу через соединительные воздушные каналы, В воздушном канале размещают шибер, выполненный с возможностью перекрытия входа в соединительные воздушные каналы, при работе пылегазовой горелки на угольной пыли в отдельные воздушные каналы подают воздух. Технический результат - снижение выбросов оксидов азота при сжигании топливного газа в пылегазовой горелке. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ снижения выбросов оксидов азота, заключающийся в том, что в пылегазовой горелке, содержащей канал для подачи угольной пыли и воздушный канал, устанавливают газораздающие трубки с соплами на выходе, отличающийся тем, что по периметру канала для подачи угольной пыли коаксиально размещают отдельные воздушные каналы, газораздающие трубки устанавливают в отдельных воздушных каналах, сопла газораздающих трубок выводят в топку за пределы воздушного потока, выходящего из воздушного канала, и размещают по периметру амбразуры, струями топливного газа, вытекающего из сопел, эжектируют дымовые газы, топливный газ разбавляют дымовыми газами перед смешиванием его с воздушным потоком, поступающим из воздушного канала, и воспламенением, отдельные воздушные каналы подключают или к отдельному воздушному подводу, отключаемому при работе пылегазовой горелки на топливном газе, или отдельные воздушные каналы подключают к воздушному каналу через соединительные воздушные каналы, в воздушном канале размещают шибер, выполненный с возможностью перекрытия входа в соединительные воздушные каналы, при работе пылегазовой горелки на угольной пыли в отдельные воздушные каналы подают воздух.

2. Пылегазовая горелка, содержащая канал для подачи угольной пыли, воздушный канал, газораздающие трубки с соплами на выходе, отличающаяся тем, что по периметру канала для подачи угольной пыли коаксиально размещены отдельные воздушные каналы, газораздающие трубки установлены в отдельных воздушных каналах, сопла газораздающих трубок выведены в топку за пределы воздушного потока, выходящего из воздушного канала, и размещены по периметру амбразуры, отдельные воздушные каналы подключены или к отдельному воздушному подводу, отключаемому при работе пылегазовой горелки на топливном газе, посредством шибера, размещенного в отдельном воздушном подводе, или отдельные воздушные каналы подключены к воздушному каналу через соединительные воздушные каналы, в воздушном канале установлен шибер, выполненный с возможностью перекрытия входа в соединительные воздушные каналы.