Способ сжигания топлива Советский патент 1991 года по МПК F23C11/00 F23N1/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях и в котельных, имеющих в своем составе газомазутные или пылеугольные котлы с одно- и многоярусным встречным расположением горелочных устройств.

Известен способ сжигания гэзообраз, ного топлива путем подачи обогащенной и

бедной смесей горючего и окислителя в зону

горения с последующим их смешением и

дожиганием.

Сущность способа заключается в том, что приготовление смесей осуществляется путем наложения колебаний на один из компонентов газообразного топлива. Для этого нужно специальное устройство, что затрудняет реализацию технического решения.

Кроме того, при реализации способа не предусмотрена корректировка режима горения по содержанию вредных компонентов в дымовых газах, что, в частности, затрудняет ведение процесса сжигания топлива по предлагаемому способу с минимальным выходом оксидов азота.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сжигания топлива, в котором с целью снижения содержания вредных компонентов в продуктах сгорания в зону горения подают спутно потоки топливовоз- душной смеси и встречно им дополнительное количество воздуха. Недостатком этого способа является то, что для его реализации требуется установка на котле специальных сопел для подачи вторичного воздуха. Эффективность этого способа снижения вредных компонентов в продуктах сгорания- относительно низкая, поскольку сгорание топлива в основном происходит в спутном потоке топливовоздушной смеси.

О

ю

00

ел о

Оч

.Цель изобретения - повышение эффективности работы котлов за счет снижения содержания вредных компонентов в продуктах сгорания топлив в котлах со встречно расположенными горелочными устройствами.

Поставленная цель достигается тем, что во встречно расположенных и сгруппированных по парам горелках воздух подается в одинаковом количестве, а топливо в одну

из встречных горелок подают в количестве ниже стехиометрического соотношения, создавая бедную смесь, а в другую - выше стехиометрического соотношения, создавая богатую смесь. При таком распределении топлива и воздуха по горелкам в каждой из них образуется самостоятельный факел с относительно невысоким содержанием оксидов азота из-за снижения температуры

факела и уровня теплового напряжения топочного объема. Затем факелы встречно расположенных пар горелок сливаются в один, тде происходит дальнейшее сгорание топлива без увеличения содержания оксидов азота.

При организации двухстадийного сжигания топлива достигается снижение температурного уровня и в ядре факела. .При этом происходит раздельное сжигание бедной и богатой топливовоздушных смесей, для которых температура горения всегда ниже, чем при одностадийном сжигании топлива с оптимальным избытком воздуха по условиям отсутствия химнедожога. Так. при сжигании углеводородных топлив с оптимальным

избытком воздуха 1,05-1,1 теоретическая

температура горения наивысшая и отличается от аналогичных значений при избытках

воздуха. От 0,8 и с$ 1,3 примерно на 200°С. Эффект снижения температуры горения при избытках воздуха ниже и выше сте- хиометрических практически одинаков. Поэтому разделение процесса сжигания топлива на две стадии - с низкими избытками воздуха (богатые смеси) и высокими избытками воздуха(бедные смеси) позволяет достичь экономичного сжигания топлива с пониженной генерацией оксидов азота.

Для каждой тепловой нагрузки котла известно оптимальное значение, при котором достигается экономичное сжигание топлива при отсутствии продуктов неполного сгорания - окиси углерода и водорода. Обычно избыток воздуха на выходе из топки устанавливают на уровне 1,05-1,1. Меньшее значение избытка воздуха относится к номинальной тепловой нагрузке, большее - к нагрузке ниже номинальной

Основная задача при реализации предлагаемого способа состоит в том, чтобы распределить топливо по каждой из встречно расположенных пар таким образом, чтобы обеспечить наибольшее снижение температуры факела по сравнению с одностадийным сжиганием топлива. Например, при

избытке воздуха в топке кт 1,05 на одной Q горелке нужно иметь ыт 0.8, на другой о№ 1,3. Тогда по сравнению с одностадийным сжиганием с От 1.05 температура факела при сжигании метана снизится на 180°О, что повлечет за собой снижение вы- ° бросов оксидов азота. При росте избытка

воздуха в одной из горелок до От 0,9 во второй горелке потребуется поддерживать

«т 1,2. температура факела по сравнению

0 с одностадийным сжиганием будет отличаться на 85°С, что приведет к меньшему эффекту сокращения выбросов оксидов азо- та. Как следует из изложенного, чем избыток воздуха ниже стехиометрического уровня в

5 одной из горелок, тем выше эффект двухстадийного сжигания топлива в части сокращения выбросов оксидов азота.

Поскольку устойчивая работа горелоч- ного устройства зависит от конструктивных

0 характеристик самого устройства и топочной камеры, то избыток воздуха выше сте- хиометрическсго задается по условиям отсутствия обрыва факела и отсутствия продуктов неполного сгорания на выходе из

5 топки. Избыток воздуха в другой горелке той же пары устанавливают ниже стехиометрического тем значительнее, чем выше избыток воздуха в другой горелке, с тем чтобы обеспечить оптимальный для котла

0 при определенной нагрузке избыток воздуха.

На чертеже представлена схема, позволяющая реализовать предлагаемый способ. Система содержит датчики 1 и 2 расхода

5 топлива, датчик 3 расхода воздуха, датчик 4 содержания кислорода в дымовых газах, датчик 5 концентрации оксидов азрта. датчики б окиси углерода, датчик 7 водорода, вычислительное корректирующее устройст0 во 8, задатчик 9 показателя экономичности процесса горения, автоматический регулятор 10, направляющий аппарат 11 вентилятора 12, исполнительные механизмы 13, 14 на линиях подачи топлива. По одной из ли5 ний топливо подают в горелки, в которых создается бедная смесь, подругой- в горелки с богатой смесью. Объектом управления является топка 15,

Предлагаемый способ сжигания топлива осуществляется следующим образом.

Для заданной тепловой нагрузки котла устанавливают значение оптимального избытка воздуха, при котором обеспечивается полное сгорание топлива. От датчиков 1 и 2 расхода топлива, а также от датчика 3 рас- хода воздуха поступает сигнал на вход автоматического регулятора 10, а сигналы от датчиков 4-7 поступают на вход вычислительного корректирующего устройства 8 одновременно с сигналом от задатчика 9, в котором формируют сигнал о требуемом избытке воздуха на обеих линиях подачи топлива на горелки.

Сигнал, поступающий с выхода вычислительного корректирующего устройства 8 на вход автоматического регулятора 10, позволяет осуществлять изменение положения направляющих аппаратов 11, 13 и 14, создавая в горелках по одной стороне топки 15 бедную смесь за счет увеличенного по сравнению со стехиометрическим избытка

воздуха (например, с От1 1,3), а в горелках по другой стороне топки 15 - богатую смесь за счет избытков воздуха ниже стехиометрического (например, От 0,8). Затем факелы из бедной и богатой смесей объединяются в один факел, в итоге топливо сгорает при результирующем оптимальном избытке воздуха для указанного примера От 1,05, т.е. с таким избытком воздухе, при котором обеспечивается полное выгорание топлива с относительно невысокой температурой горения, в результате этого с пониженным выходом оксидов азота. Сигналы от датчика 5 по содержанию оксидов азота и от датчиков 6 и 7 по содержанию продуктов неполного горения топлива окиси углерода и водорода опережают сигналы о наличии кислорода в дымовых газах, что позволяет снизить выбросы оксидов азота в окружающую среду.

При измерении тепловой нагрузки котла, исходя из оптимального значения избытка воздуха, задатчиком 9 устанавливают новые значения избытков воздуха для двух линий топливовоздушной смеси В одной из них создают избыток воздуха выше стехио- метрического до уровня, позволяющего

5 0

5 0

0 5 0

5

5

обеспечить устойчивую работу горелки а в другой линии задают избыток воздуха ниже стехиометрического Уровень его определяют таким образом, чтобы обеспечить оптимальный избыток воздуха на выходе из котла по условиям отсутствия продуктов химнедожога,

Эффект от реализации предлагаемого способа сжигания топлива в сравнении с прототипом состоит в сокращении экологического ущерба, причиняемого выбросами оксидов азота.

Применение предлагаемого изобретения позволяет сократить выбросы оксидов азота на не менее чем на 10%.

Формула изобретения Способ сжигания топлив в газомазутном или пылеугольном котле путем регулирования суммарных расходов топлива и воздуха в зависимости от заданной тепловой нагрузки котла при раздельном сжигании богатой и бедной топливовоздушной смеси с последующим смешением и дожиганием продуктов сгорания, отличающий- с я тем, что, с целью снижения содержания вредных компонентов в продуктах сгорания топлива в котлах со встречно расположенными горелочными устройствами, дополнительно измеряют концентрации оксидов азота и продуктов неполного сгорания на выходе из топки котла, по измеренным значениям концентраций корректируют суммарные расходы топлива и воздуха, затем воздух распределяют по всем горелкам в одинаковом количестве, топливо распределяют равномерно по парам встречно расположенных горелок, перераспределением топлива между горелками в каждой паре% горелок создают в одной из горелок богатую смеЈь, в другой - бедную смесь и перераспределение топлива в каждой паре корректируют до достижения устойчивости топочного процесса горения и оптимального избытка воздуха на выходе котла для заданной тепловой нагрузки по условиям отсутствия в дымовых газах продуктов неполного сгорания и минимального содержания оксидов азота.

I

Изобретение-откосится к теплоэнергетике. Целью изобретения является снижение содержания вредных компонентов, преимущественно оксидов азота, в продуктах сгорания топлив в котлах с встречно расположенными гореяочными устройствами. По измеренным значениям концентраций оксидов азота и продуктов неполного сгорания на выходе из топки устанавливают требуемые суммарные расходы воздуха и топлива, воздух подают во все горелки в одинаковом количестве, а топливо распределяют равнрмерно по парам встречно расположенных горелок, но в одной из горелок каждой пары создают бедную смесь, а в другой - богатую смесь, перераспределяя топливо между горелками в каждой паре горелок. 1 ил.

ev/

Ч

со

О

m

п

В