Способ сжигания пылевидного топлива Советский патент 1992 года по МПК F23C11/00 

Изобретение относится к области сжигания твердых топлив с низким содержани- ем летучих веществ (например, антрацитовых штыбов - АШ, тощих углей и др.) в топках экологически чистых котельных агрегатов и может быть использовано на тепловых электростанциях и в промышленных котельных.

Известно, что предварительный прогрев угольной пыли перед подачей в зону горения способствует лучшему и более раннему воспламенению аэросмеси и снижает недожог. Кроме того, если процесс прогрева производится в восстановительной среде и до температуры 860-1000 К, снижается интенсивность процесса образования выбросов оксида азота в 2-2,5 раза (за счет разрушения азотсодержащих компонентов топлива, выходящих вместе с летучими, и последующего восстановления азотистых неустойчивых радикалов типа HCN и МНз в безвредный молекулярный азот N2). Обеспечение необходимой восстанвоительной среды в процессе прогрева угольной пыли возможно, например, подачей последней концентрированными пылепотоками в автономном транспортирующем воздухе с соотношением 20-50 кг/кг и более (вместо 0,5 кг/кг при транспорте аэросмеси первичным воздухом в традиционных системах).

4

4 Ю О

Недостатком известного метода для по давления выбросов оксидов азота является неполное восстановление азотистых радикалов s молекулярный азот, вследствие недостатка восстановительной среды при низком выходе летучих в указанном классе топлив и большом содержании азота в топливе, достигающем № 1,5-1,9%,

Известны также способы подготовки твердого потока к сжиганию, осуществляемые путем ввода концентрированного пото- ка угольной пыли вместе с транспортирующим воздухом в центр (по оси) вихревого потока, образованного при сжигании вспомогательного топлива с воздухом и нагрева пыли при непосредственном воздействии на него факелом, полученным при сжигании вспомогательного топлива В данных способах особое внимание уделено интенсивному подогреву пыли как фактору повышения эффективности сжигания недожога за счет повышения температуры на начальном участке факела л в зоне приосевой рециркуляции продуктов сгорания к корню факела

Однако не обеспечены необходимые условия для эффективного процесса восстановления азотсодержащих радикалов и оксида азота до молекулярного азота. Вследствие этого данным способам присущи недостаточно высокие экологические показатели подавления оксидов азота, а также и экономичность. Отмеченные недостатки обусловлены прежде всего односта- дийностью сжигания вспомогательного топлива с коэффициентом избытка воздуха « 1,0 и прямым контактом высокотемпературного (до 2000 К) факела вспомогательного топлива с пылью на всем протяжении процесса ее предварительного подогрева. Это приводит к повышенному образованию оксидом азота при сжигании вспомогательного топлива, оплавлению, слипанию и сепарации отдельных частиц топлива, вызывающих недожог и шлакование топки и элементов горелки, преждевременному выгоранию выделяющихся летучих веществ в процессе прогрева пыли и обеднению ими пыпесмеси, поступающей в зону горения, с затягиванием процесса воспламенения и дополнительным увеличением недожога.

Наиболее близким к изобретению является способ сжигания пылевидного топлива путем подачи в зону горения аэросмеси, вторичного воздуха и неохлажденных продуктов сгорания вспомогательного топлива, которые вводчт в аэросмесь в виде центрального потока до подачи в нее вторичного воздуха

В известном способе реализуется более эффективное использование вспомогательного топлива для раннего зажигания основного топлива и повышения устойчивости его

воспламенения за счет подвода в корень пылеугольного факела не успевших полностью сгореть высокореэкционных промежуточных продуктов сгорания (радикалов) вспомогательного топлива и неохлажден0 ных продуктах его сгорания, образованных при одностадийном сжигании в стехиомет- рическом (или сверхстехиометрическом) соотношении топлива с подведенным первичным воздухом.

5 Однако экспозиция предварительного прогрева аэросмеси неохлажденными продуктами сгорания вспомогательного топлива ограничена временем существования в них радикалов - 10-100 мс При условии, что

0 ввод высокотемпературных продуктов сгорания в аэросмесь в виде центрального потока предусматривает предварительное перемешивание пыли с воздухом, т е при малой концентрации пыли в потоке аэросме5 си и в отсутствии интенсивного перемешивания неохлажденных продуктов с аэросмесью (так как в противном случае радикалы преждевременно догорали бы в воздухе аэросмеси до поступления в корень

0 факела) предварительный высокотемпературный подогрев самой пыли в аэросмеси практически отсутствует и не предусмотрен данным способом,

Наряду с этим отдельные частицы пыли

5 в потоке аэросмеси, непосредственно контактирующие с высокотемпературными (до 2000 К) продуктами, оплавляются и, коагулируя, под действием центробежных сил создают шлакование элементов устройств и

0 недожог твердого топлива Одностадий ность процесса сжигания вспомогательного топлива с высоким пирометрическим уровнем создает повышенную концентрацию оксидов азота в продуктах его сгорания Ввод

5 пыли малой концентрацией с большим объемом транспортирующего воздуха аэросмеси в зону горения создает повышенный избыток воздуха на начальном участке факела и повышает образование термических

0 оксидов азота при воспламенении инициируемом быстрым сгоранием радикалов вспомогательного топлива в корне факела, количество и время существования которых недостаточны для обеспечения восстанови5 тельных реакций оксида азота в зоне горения основного топлива В результате выявленных факторов известному способу присущи недостаточные экономичность и экологические показатели подавления оксидов азота.

Целью изобретений является снижение выбросов токсичных веществ в дымовых газах и повышение эффективности сжигания основного и вспомогательного топлив

Указанная цель достигается путем бо лее полного восстановления азотсодержащих компонентов топлива и оксида азота, образующегося при его сжигании в молекулярный азот и снижения недожога при более рациональном использовании вспомогательного топлива.

Сжигание пылевидного топлива осуществляют путем подачи в зону горения пылес- меси и вторичного воздуха, предварительного сжигания вспомогательного топлива с первичным воздухом и ввода продуктов его сгорания в пылесмесьдо подачи в нее вторичного воздуха Количество подведенного вспомогательного топлива соответствует заданным пределам измеряемых тепловых потерь от неполноты сгорания топлива, а количеством окислителя, подведенного в зону горения, обеспечивают оптимальный коэффициент избытка воздуха в зоне горения определяемый по минимуму измеренных суммарных тепловых потерь в продуктах сгорания

Вспомогательное топливо сжигают частично - при соотношении с первичным воздухом ниже стехиометрического с пределом снижения его количества, ограниченного условием устойчивости воспламенения сжигаемого вспомогательного топлива, чем достигается ограничение первичного образования оксидов азота при сжигании вспомогательного топлива с недостатком окислителя и пониженном температурном уровне, и образование продуктов неполного сгорания (СО, На и СН/з), являющихся восстановителями для оксидов азота, образующихся в зоне горения; пылесмесь подают концентрированными потоками в зону частичного сжигания вспомогательного топлива без непосредственного контакта пыли с продуктами неполного его сгорания, что обеспечивает предварительный подогрев пыли без сплавления отдельных частиц и шлакования зоны сжигания вспомогатель- топлива, а также частичное восстанов- ление азотсодержащих компонентов топлива в молекулярный азот за счет выделяемых при подогреве пылесмеси летучих веществ из пыли, при малом содержании окислителя в пылесмеси и предотвращении преждевременного выгорания летучих веществ в факеле вспомогательного топлива. Предварительный нагрев пыли производят до температуры, не превышающей точку начала деформации пыли в восстановительной среде, чем обеспечивают надежное ее

поступление по обогреваемым пылекана лам без образования отложений на их внутренних поверхностях при условии что температурные характеристики золы а еле 5 довательно, и пыли в восстановительной среде снижаются

Предварительно нагретую пыль вводят тангенциальными струями в закрученный поток продуктов неполного сгорания вспо- 10 могательного топлива, частично охлажденных при предварительном нагреве пыли, чем обеспечивают качественное распыление концентрированных пылепотоков без применения механических рассекателей,

5 подверженных повышенному абразивному износу, быстрое перемешивание пыли с восстановительной средой продуктов неполного сгорания и дополнительный прогрев пыли с более глубоким выходом

0 летучих веществ и азотистых радикалов и восстановителем последних в молекулярный азот при малой концентрации окислителя в смеси, причем предварительным частичным охлаждением продуктов непол5 ного сгорания и тангенциальным вводом струй пыли в закрученный поток снижают вероятность налипания пыли и шлакования элементов горелки и топки, а также повышают крутку потока, что способствует в даль0 нейшем лучшему перемешиванию со вторичным воздухом и более раннему воспламенению со снижением недожога

Полученную готовую пылевзвесь в восстановительной среде продуктов неполного

5 сгорания вспомогательного топлива вдувают в зону горения, чем достигается подвод к корню факела восстановительной среды, полученной при частичном сгорании вспомогательного топлива, и более интенсивное

0 восстановление оксида азота, образовавшегося к этому моменту в зоне горения при воспламенении и сжигании поступившей перед этим пылесмеси, причем при описанном механизме в зоне горения создается

5 избыток продуктов восстановительных реакций, часть из которых участвует в восста- новлении N0 и N2, а другая часть воспламеняется и инициирует воспламенение взвешенной в них пыли, что позволит

0 снизить недожог и более рационально использовать вспомогательное топливо.

Оптимальный коэффициент избытка воздуха для совместного (полного) сжигания основного топлива и продуктов непол5 ного сгорания, не вступивших в реакции восстановления, поддерживают количеством подведенного вторичного воздуха, чем ограничивается условие, что только количеством подведенного вторичного воздуха обеспечивается необходимое количество

.окислителя в зоне горения, при котором путем измерения достигают минимум суммарных тепловых потерь, а подводом пыли без окислителя непосредственно в самой пы- лесмеси, зато нагретой и взвешенной в высокореакционных газообразных продуктах неполного сгорания вспомогательного топлива, обеспечивается стабильность воспламенения пыли при одновременном снижении выбросов токсичных веществ в уходящих дымовых газах за счет минимально возможной концентрации окислителя на начальном участке воспламенения.

При изменении расходов и характеристик пылевидного и вспомогательного топ- лив дополнительно измеряют температуру подогрева пыли перед ее вводом в закрученный поток частично охлажденных продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива, а также - содержание оксидов азота в дымовых газах, выходящих из зоны горения что связано с изменением этих параметров при указанных условиях (изменении расходов и характеристик топлив).

Полученные результаты измерений сравнивают с максимально-допустимыми заданными значениями вышеуказанных параметров и при превышении хотя бы одного из них корректируют степень неполноты предварительного сгорания вспомогательного топлива, уменьшая количество подаваемого первичного воздуха до достижения заданного значения отклонившегося параметра, чем обеспечивается надежность работы пылеканалов без отложений и необходимый избыток восстановительной среды для обеспечения непревышения заданного уровня выбросов оксидов азота в дымовых газах.

На фиг.1 схематично изображена горелка для реализации предлагаемого способа, продольный разрез: на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.З - сечение В-В на фиг.1; на фиг.4 - схема аппаратурного обеспечения контрольно-измерительными приборами горелки и зоны горения, при автоматизации предлагаемого способа.

Горелка 1 содержит камеру 2 для сжигания вспомогательного топлива с форсункой 3 (или соплом) для его подачи и запальник 4. Снаружи камеры 2 с образованием кольцевого канала 5 размещена рубашка 6, подключенная к патрубку 7 первичного воздуха, на входе в камеру 2 установлен закручивающий аппарат 8. Выходной патрубок 9 камеры 2 подсоединен к каналу 10 смесеобразования пыли концентрированных пылепотоков с частично охлажденными продуктами неполного сгорания вспомогательного топлива, коаксиально которому размещен канал 11 вторичного воздуха, снабженный закручивающим аппаратом 12 В канале 10 (фиг 2) на наружной поверхности выходного патрубка 9 установлены продольно (вдоль оси горелки 1) трубки 13 концентрированной пылесмеси. выведенные через камеру 2 наружу и подключенные к кольцевому коллектору 14 концентриро0 ванной пылесмеси. Противоположные (выходные) концы трубок 13 изогнуты и направлены тангенциально (по касательным) к внутренней образующей выходного патрубка 9 (фиг 3). Камера 2 сгорания вспо5 могательного топлива и патрубок 9 футерованы изнутри огнеупором для повышения надежности работы а участки трубок 13, размещенные в камере 2, защищены тонким антикоррозионным покрытием 15, устойчи0 вым к высокотемпературной коррозии, имеющей место в восстановительной среде. На внутренней поверхности канала 10 смесеобразования установлено также защитное покрытие 16 из износостойкого материала,

5 устойчивого к высокотемпературной коррозии Горелка 1 подключена своими каналами 10 и 11 смесеобразования и вторичного воздуха к топке с зоной 17 горения и может быть снабжена дополнительно каналами

0 или соплами третичного воздуха и каналом газов рециркуляции, а отдельные трубки 13 концентрированной пылесмеси или их группы могут быть подключены к индивидуальным пылепитателям (не показаны)

5

Аппаратурное обеспечение контрольно-измерительными приборами содержит (фиг.4) датчик 18 содержания кислорода, датчик 19 концентрации оксидов азота (МОХ)

0 и датчик 20-23 содержания горючих компонентов хим-и мехнедожога соответственно по СО, На, СН4 и твердым частицам углерода С, в уходящих дымовых газах за зоной 17 горения (например, на выходе из топки), а

5 также датчики 24 температуры стенок трубок 13, установленные около их выходных концов и датчики 25-28 суммарных расходов концентрированной пылесмеси, вспомогательного топлива первичного и

0 вторичного воздуха, подаваемых в горелку 1, соответственно Выходные сигналы всех датчиков поданы на группу входов блока 29 сравнения и выработки управляющих импульсов, на другую группу входов которого

5 подключены выходные сигналы сравнения блока 30 задатчика контролируемых параметров. Управляющие импульсы вырабатываемые блоком 29 сравнения подключены к исполнительным механизмом 31 34 регулирования расходов концентрированной пылесмеси, вспомогательного топлива, пер вичного и вторичного воздуха на подводе в горелку 1 соответственно,

Пример 1. Вспомогательное топливо подают в камеру 2 горелки 1 (фиг.1) через форсунку (сопло) 3 и воспламеняют с помощью запальника 4. Первичный воздух подводят в соотношении с топливом ниже стехиометрического значения (т.е. 0,6 о. 1,0) к патрубку 7, по которому он поступает в кольцевой канал 5, где подогревается, охлаждая стенки камеры 2. Далее через з. чручивающий аппарат 8 подогретый воздух поступает в камеру 2, где происходит частичное (предзарителfence) сжигание вспомогательного топлива с пониженным первичным образованием окисдов азота (вследствие ограниченных температурного уровня горения и количества подведенного окислителя) и интеснив- ным образованием продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива (СО, На и CbU), являющихся восстанвоителями оксида азота N0 и азотсодержащих компонентов твердого топлива до молекулярного азота N2. Из камеры 2 образовавшиеся высокотемпературные продукты неполного сгорания вспомогательного топлива поступают в патрубок 9, нагревают его стенки и выходят в канал 19 горелки 1. Концентрированная пылесмесь, подведенная во взве- .шенном состоянии в автономном транспортирующем воздухе (с концентрацией 20-100 кг пыли/кг воздуха), поступает из кольцевого коллектора 14 в трубки 13 под давлением транспортирующего воздуха и нагревается в них за счет теплообмена теплом, выделенным при частичном сгорании вспомогательного топлива в камере 2. без непосредственного прямого воздействия факела на пыль, проходящую через зону предварительного частичного сжигания вспомогательного топлива по трубкам 13. В результате теплообмена и предварительного нзгрева пыли в концентрированных потоках в трубках 13 продукты неполного сгорания вспомогательного топлива частично охлаждаются. При этом в камере 2 преобладающее значение имеет радиационная составляющая теплообмена, а при непосредственном контакте трубок 13 с наружной поверхностью выходного патрубка 9, раскалённого до свечения стенок. - теплопроводность и в меньшей степени радиационная составляющая.

Организация первой ступени предварительного двухступенчатого подогрева пыли автономно в трубках 13 без непосредственного воздействия факелом на пыль исключает оплавление отдельных ее частиц.

налипание и шлакование зоны частичного сжигания вспомогательного топлива с лучшей организацией процесса его сжигания. В процессе подогрева концентрированных 5 потоков пылесмеси в трубках 13 происходит частичный выход летучих веществ, обеспечивающих частичное восстановление азотсодержащих компонентов топлива в молекулярный азот N2 (неполнота восстан0 воления обусловлена неполным выходом летучих веществ и азотистых радикалов при ограниченных пирометрическом уровне нагрева в первой ступени, экспозиции процесса и присутствия хоть и в малых количествах

5 окислителя, транспортирующего пыль в трубках 13). Температуру нагрева пыли в- первой ступени ограничивают условием ее непревышения по сравнению с точкой начала деформации пыли в восстановительной

0 среде, выделяющихся летучих веществ. Это имеет весьма существенное значение для предотвращения налипания пыли и образования отложений на внутренних стенках трубок 13, а также исключения последующе5 го шлакования канала 10, амбразуры горелки 1 и элементы топки, так как известно, что восстановительная среда снижает температурные (плавкостные) характеристики золы, а следовательно, и пыли.

0 Например, исследованиями установлено, что при нагреве концентрированной пы- левзвеси АШ в трубах до температуры 870 К и соответствующей температуре стенки трубы примерно 1000 К внутренняя поверх5 ность труб остается чистой. Появление отложений наблюдается при нагреве пыли свшые 1100 К (для сравнения средняя температура начала деформации золы кузнецких тощих углей и АШ, (ti), в присутствии

0 воздуха равна 1370 К. Поэтому в предлагаемом способе температуру нагрева пыли в первой ступени предварительного двухступенчатого подогрева измеряют (например, косвенно, путем определения температур

5 стенок выходных участков трубок 13 при известном (50-150°С ее превышении над температурной пыли) и ограничивают степенью неполноты сгорания вспомогательного топлива в камере 2, что осуществляют

0 уменьшением количества подводимого в камеру 2 первичного воздуха по условию непревышения этой температуры по сравнению с заданной и в независимости от Полного расхода вспомогательного топлива,

5 определяемого другими условиями.

Давлением транспортирующего воздуха частично подогретая в трубках 13 пыль поступает тангенциально направленными струями в закрученный поток частично охлажденных продуктов неполного сгорания

вспомогательного топлива, поступающих из выходного патрубка 9 в канал 10 смесеобразования горелки 1. Тангенциальным подводом струй пылесмеси из изогнутых выходных концов трубок 13 (фиг.З) обеспечивается дополнительное увеличение крутки вихревого потока (за счет увеличения тангенциальной составляющей его скорости), ускоряются процессы смесеобразования и прогрева пыли и улучшается равномерность последнего. При этом снижается необходимое время пребывания пыли в канале 10, сокращается его длина и предотвращается налипание частиц пыли на стенки. Кроме того, отпадает необходимость в распыливании потока механическим рассекателем, применяемым для этой цели и сильно подверженным абразивному износу пылью.

Подогрев пыли в канале 1 в процессе смесеобразования с частично охлажденными продуктами неполного сгорания вспомогательного топлива является второй (высокотемпературной) ступенью предварительного двухступенчатого нагрева пылесмеси и обеспечивает ее дополнительный быстрый подогрев до температуры, близкой к температуре восстановительной среды (ориентировочно, 900-1100 К). Оставшиеся после первой ступени нагрева пыли невосстановленные азотсодержащие компоненты топлива полностью восстанавливаются в молекулярный азот в избытке восстановительной среды (состоящей из продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива) и при более глубоком выходе горючих летучих веществ из пылевидного топлива без их преждевременного сгорания до подачи в зону 17 горения, участвующих также в восстановительных реакциях азотистых радикалов топлива в N2 (в отличие от прототипа).

Подготовленную таким образом пылевз- весь в восстановительной среде газообразных продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива вдувают в зону 17 горения топки и подводят к корню факела. Имеющиеся в нем к этому моменту оксиды азота (образованные привоспламенении и сжигании ранее поступившей пылесмеси) восстанавливаются до молекулярного азота N2.

Процесс восстановления описывается следующими уравнениями химических реакций

2NO + 2СО--2С02 + N2,

2NO + + N2.

По сравнению с известными способами для более полного восстановления оксида азота предусмотрен гарантированный избыток продуктов неполного сгорания (восстановительной среды) вспомогательного топлива, подводимых в зону 17 Это обеспечивается такой степенью неполноты сгорания вспомогательного топлива с учетом

полного его расхода, при которой содержание оксидов азота в продуктах полного сгорания, выходящих из зоны 17. не превышает заданного содержания. Для выполнения данного условия количество первичного

воздуха, подведенного в камеру 2. одновременно ограничивают и по условию непревы- шения содержания МОХ в уходящих дымовых газах за зоной 17 горения (определенного путем измерения) по сравнению с

заданным значением путем уменьшения количества первичного воздуха в случае превышения заданного значения NOx в дымовых газах.

Таким образом, степень неполноты сгорания вспомогательного топлива регулируют количеством подведенного первичного воздуха при превышении хотя бы одного из максимально допустимых заданных значений параметров: температуры нагрева пыли

в первой ступени подогрева пыли и содержания NOX в дымовых газах путем их измерения и до приведения отклонившегося параметра в соответствие с заданным его значением путем сравнения с результатами

измерения.

Отсутствие организованного подвода окислителя (воздуха) по каналу 10 в зону 17 при минимальном его количестве в концентрированной пылесмеси задерживает преждевременное воспламенение и сгорание высокореакционных продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива, чему также способствует и их частичное охлаждение в первой ступени подогрева пыли. Этим обеспечивается приоритетное (первоначальное) использование этих продуктов для восстановления оксида азота N0 и N2 Избыточная часть продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива (не вступивших в реакции восстановления) по мере постепенного подмешивания к ним вторичного воздуха, подведенного в зону 17 по каналу 11 и закрученному аппаратом 12,

воспламеняется, чем создается постоянный недостаток воздуха при воспламенении топлива и тормозится образование термических оксидов азота При выделении тепла от сгораемой в зоне 17 части продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива инициируется и стабилизируется процесс воспламенения взвешенной в них подогретой пыли при более рациональном использовании вспомогательного топлива и снижении недожога.

При реализации предлагаемого способа количеством вспомогательного топлива, подводимого в камеру 2, обеспечивают заданные пределы тепловых потерь от мехне- дожога твердого топлива в зоне 17 горения, соответствующие наименьшей и номинальной тепловым производительностям устройства (например, котлоагрегата) и выдерживаемые за счет снижения недожога при увеличении расхода вспомогательного топлива, а ограничение коэффициента избытка воздуха в камере 2 обеспечивают при этом необходимое количество (избыток) продуктов восстановления NO и Na, по условию непревышения содержания NOX в ды- мовых газах. Однако снижение коэффициента избытка первичного воздуха а небеспредельно и ограничено условиями устойчивости воспламенения вспомогательного топлива (а также и взрывобезопасно- сти). В топочной технике для высокореакционных топлив (природный газ) общеизвестен минимальный предел, при котором еще обеспечивается устойчивое воспламенение-это а. 0,6. Поскольку для различных высокореакционных топлив эта величина может несколько отличаться, то она должна быть установлена для конкретного топлива, сжигаемого в каждом отдельном случае.

На стадии проектирования устройства должно быть предусмотрено условие достаточности диапазона регулирования зависимых параметров в пределах уменьшения а от 1,0 до 0,6 при количестве вспомога- тельного топлива, соответствующем тепловым потерям от недожога в заданных пределах. В случае изменения каких-либо начальных (проектных) условий и при обеспечении подведенным количеством вспомо- гательного топлива заданных тепловых потерь, но необспечении заданных значений по температуре пыли или содержанию NOx при предельном снижении количества первичного воздуха, корректировка режима может быть произведена дополнительным изменением расхода вспомогательного топлива при сохранении минимального коэффициента избытка пёрвичного-воздуха по отношению к из- мененному расходу вспомогательного топлива (например. а 0,6). В случае превышения температуры пыли по сравнению с максимально допустимой расход вспомогательного топлива снижают, а в слу- чае превышения заданного уровня NOx в дымовых газах - увеличивают, создавая дополнительное количество продуктов для восстановительных реакций. В результате использования продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива для восстановительных реакций N0 и Na, а оставшихся (избыточных) - для инициирования и стабилизации воспламенения обеспечивается Опережающее подавление оксида азота по сравнению с ростом мехнедожога. Этим обеспечивается более рациональное использование вспомогательного топлива. Вследствие отсутствия прямой пропорциональной зависимости в изменении расхода вспомогательного топлива при изменении расхода пылевидного топлива (в некоторых случаях существует даже противоположное увеличение доли по теплу вспомогательного топлива при уменьшении основного) обеспечение максимального температурного уровня нагрева пыли должно быть предусмотрено на стадии проектирования для наиболее тяжелого режима охлаждения трубок 13, т.е. в режимах при максимальной доле по теплу вспомогательного топлива, чем обеспечивается непревышение заданной максимальной температуры в других режимах работы. При отсутствии подачи пыли должно быть предусмотрено охлажедние трубок 13 паром или воздухом (растопочные или аварийные режимы). Во всех режимах вторичный воздух в зону 17 горения подводят в количестве, обеспечивающем полное совместное сгорание подводимой в зону 17 пыли и продуктов неполного сгорания, не вступивших в восстановительные реакции, при оптимальном коэффициенте избытка воздуха, путем измерения содержания кислорода в продуктах полного сгорания (уходящих дымовых газах), выходящих из зоны 17 горения, в результате чего достигаются одновременно минимальные тепловые потери с уходящими газами хим- и мехнедожо- гом и энергозатраты на тяго-дутьевое оборудование. Поддержание этого коэффициента воздуха в заданных пределах (например, 1,1 $ 1,3) дополнительно способствует ограничению образования N0 при воспламенении пыли в зоне 17 горения. Таким образом, при повышении эффективности сжигания основного и вспомогательного топлив1 достигается снижение выбросов токсичных веществ (оксидов азота), с одной стороны торможением их первичного образования за гчет более полного предварительного восстановления азотсо-. держащих компонентов топлива, при €го высокотемпературном нагреве в восстановительной среде и двухступенчатого сжигания вспомогательного топлива с ограничением пирометрического уровня в зоне предварительного, частичного сжигания в камере 2, а с другой стороны более полным восстановлением образующего N0

ия а камере 2, а с другой стороны более олным восстановлением образующего N0 зоне 17 горения в молекулярный азот проуктами неполного сгорания вспомогателього топлива, подводимыми к корню факела избыточном количестве по сравнению с еобходимым для восстановительных рекций.

Пример 2, Реализация способа может ыть осуществлена в автоматическом режиме, что поясняется структурной блок-схемой на фиг.4.

Коэффициент избытка воздуха в продуктах полного сгорания на выходе из зоны 17 горения (из топки) поддерживается оптимальным изменением расхода вторичного воздуха, соответствует заданному значению ( «т 1,1...1,3, ориентировочно) во всем диапазоне изменения расходов топлива и корректируется, при изменении расходов топлив сравнением результата прямого измерения содержания кислорода в уходя- газах и заданной величины.

Количество (расход) вспомогательного топлива, подведенного к горелке 1,обеспечивает процесс сжигания пылевидного топлива с тепловыми потерями от мехнедожога (а также и химнедожога) в заданных пределах (минимальном и максимальном).

Количество (расход) первичного воздуха, подаваемого в камеру 2 горелки 1 для частичного (предварительного) сжигания вспомогательного топлива устанавливается не превышающим стехиометрического соотношения (т.е. «1 1,0) по данным прямого измерения подводимого расхода вспомогательного топлива, в пересчете на воздух через известный теоретически необходимый объем воздуха для полного его сжигания, допопнительно корректируется одновременным сравнением заданных и полученных в результате измерений значений параметров: температуры предварительного подогрева пыли (в трубках 13) перед ее смешением с частично охлажденными продуктами неполного сгорания вспомогательного топлива и содержания оксидов азота в уходящих дымовых газах за зоной 17 горения. При этом в случае превышения хотя бы одного из них по сравнению с заданным значением отклонившегося параметра расход первичного воздуха уменьшают до достижения равенства заданной и измеренной величины этого параметра, причем снижение коэффициента избытка воздуха уменьшением его расхода огранйченоусловием устойчивости воспламенения частично сжигаемого вспомогательного топлива (напримером S 0,6);

Невыполнение заданных условий при снижении «ч до предельной минимальной .

величины устраняют дополнительной корректировкой расхода вспомогательного топлива с соответствующим изменением расхода первичного воздуха при минимальном его коэффициенте избытка (например, а 0,6), а именно при превышении содержания NO/ по сравнению с заданным увеличивают расход вспомогательного топлива, а при превышении заданной температуры

0 пыли уменьшают расход вспомогательного топлива, до достижения заданного значения отклонившегося параметра и при соблюдении начального условия - по обеспечению тепле вых потерь от неполно5 ты сгорания в заданных пределах.

Рабочий процесс предлагаемого способа а автоматизированном режиме осуществляется следующим образом (фиг,4).

При поступлении в горелку 1 основного

0 и вспомогательного топлив первичного и вторичного воздуха их расходы измеряются соответствующими датчиками 26-28 расходов (расходомерами), а на выходе продуктов полного сгорания топлив из зоны 17 горения

5 производится измерение содержания горючих компонентов (СО Нг, СН и С) датчиками 20-23, содержаний кислорода (Оа) 18 и оксидов азота (NOx) 19 в уходящих дымовых газах. Измеренные величины содержаний

0 горючих компонентов от датчиков 20-23 пересчитываются по известным соотношениям в величину тепловых потерь от неполноты сгорания, суммируются в блоке 29 сравнения и выработки управляющих им5 пульсов и сравниваются с заданными пределами изменения этого параметра, введенными оператором в блок 30 задатчи- ка.

При превышении тепловых потерь от

0 недожога по сравнению с заданным максимальным пределом блоком 29 вырабатывается управляющий импульс, подаваемый на исполнительный механизм 32, и расход вспомогательного топлива увеличивается

5 до приведения тепловых потерь от недожога в соответствие с заданным значением, при снижении этого параметра ниже заданного предела в целях экономии дефицитного вспомогательного топлива его расход

0 корректируется в обратном порядке, т.е. снижается.

В соответствии с измеренными расходомером 26 расходом вспомогательного) топлива и установленным задатчиком 30

5 стехиометрическим соотношением воздуха, необходимым для полного его сгорания, блоком 29 вырабатывается предварительно управляющий импульс на исполнительный орган 33 и устанавливается расход первичного воздуха, измеренный расходомером

27, обеспечивающий заданное стехиомет- рическое соотношение (т.е. ai у 1,0). Одновременно датчиком 24 измеряется температура нагрева пыли и вместе с сигналом от датчика 19 поступает в блок 29. в котором эти значения сравниваются с заданными (введенными оператором) в блоке 30. При превышении хотя бы одного из значений этих параметров блоком 29 формируется дополнительный управляющий импульс на уменьшение расхода первичного воздуха, подаваемый на исполнительный механизм 33, до достижения отклонившегося параметра в соответствии с заданным значением. Очевидно, что значение второго параметра одновременно снижается при этом, т.е. превышение его заданной величины не произойдет. В случае снижения расхода первичного воздуха по сравнению с расходом вспомогательного топлива до кон- тролируемого блоком 29 по заданному блоком 30 предельного минимального их соотношения, по условию обеспечения устойчивости воспламенения вспомогательного топлива (например, а 0,6), дальнейшее уменьшение первичного воздуха прекращается, а если при этом отклонившийся параметр не приведен в соответствие с заданным значением, производится дополнительная корректировка расхода вспомогательного топлива по описанному условию регулирования.

Расход вторичного воздуха, измеряемый расходомером 28 и регулируемый меха- низмом 34, устанавливается по данным измерения содержания кислорода в уходящих дымовых газах дачтиком 18 (кислородо- мером) с пересчетом на коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания. Зна- чение оптимального по минимуму суммы тепловых потерь с уходящими газами и недожогом может быть определено предаари- тельными наладочными испытаниями (и

находится как правило в пределах ат 1,1...1,4 при сжигании твердого топлива) и введено заранее в блок 30 задатчика. При более широких возможностях аппаратурного обеспечения на основе, например, мик

ропроцессорной техники это значение может вычисляться в процессе рабочего регулирования по известным зависимостям и измеренным значениям температуры уходящих газов, коэффициента избытка воздуха и содержания горючих компонентов в уходящих га зах и известным значениям расходов основного и вспомогательного топлив. Например, при некотором равновесном состоянии по условиям изменения нагрузки котла

5 10 5 0 5 0

5 0

к.

0

5

оператором или автоматически снижен расход основного пылевидного топлива. Датчиком 18 измерено, а блоком 29 выявлено повышение коэффициента избытка воздуха сверх заданного, датчиком 24 - измерено, а блоком 29 выявлено превышение температуры стенок трубок 13 (соответствующей температуре пылесмеси на выходе из трубок 13)сверх заданной величины. Блоком 29 вырабатываются соответствующие управляющие импульсы: Уменьшить расход вторичного воздуха и Уменьшить расход первичного воздуха, затем при поступлении корректирующего сигнала от датчика 23 по снижению ниже граничного значения содержания горючих в продуктах полного сгорания блоком 29 производится выработка импульса - Снизить расход вспомогательного топлива, осуществляемого органом 32, после этого опять повторяется корректировка расходом вторичного и первичного воздуха и более точная установка расхода вспомогательного топлива.

При уменьшении первичного воздуха увеличивается степень неполноты сгорания предварительного сжигания вспомогательного топлива в камере 2 горелки 1, уменьшается количество выделенного тепла, за счет чего снижается температура подогрева пыли в трубках 13 (возросшая при снижении расхода пылепидного топлива сверх допустимого значения) и одновременно увеличивается количество продуктов неполного сгорания с осуществлением более полного подавления оксидов азота.

Например, расход пылесмеси принудительно увеличен, по значениям параметров, измеренных датчиками 18-24, блоком 29 вырабатываются следующие команды: Увеличить расход вспомогательного топлива, Увеличить расход вторичного воздуха, Увеличить (или оставить без изменения) в зависимости от степени измерения расхода пылесмеси) расход первичного воздуха. Данные управляющие импульсы (команды) исполняются механизмами 32-33, Соответственно

Таким образом, корректировка расхода первичного воздуха по содержанию оксидов азота в уходящих газах требуется при изменяющемся содержании азота в поступающем твердом топливе, при переменных режимах, связанных с изменением расходов основного и вспомогательного топлив, и направлена на обеспечение достаточного количества продуктов восстановительных реакций N0 и N2 в зоне 17 горения;

Технические преимущества изобретения состоят в более полном вЪ сстановлении

рзотсодержащих компонентов топлива при высокотемпературном его подогреве в восстановительной среде при отсутствии (или малой концентрации) окислителя и оксида азота в корне факела, за счет обеспечения подвода к нему продуктов восстановительных реакций в избыточном количестве, получаемых частичным предварительным сжиганием вспомогательного топлива, при более рациональном использовании последнего одновременно для предварительного подогрева пылесмеси, получения продуктов неполного сгорания для восстановления оксида азота и интенсификации воспламенения пыли со снижением недожога. Чем достигается снижение выбросов ток- сичных веществ в дымовых газах и повышение эффективности сжигания основного и вспомогательного топлив.

Экономический эффект при реализа- 20 альными струями в предварительно закруции предлагаемого способа обеспечивается за счет повышения экономичности сжигания твердого топлива (снижения недожога) и непричиненного экологического ущерба окружающей среде за счет 25

Первичный доздух;

ченныи поток охлажденных продуктов неполного сгорания, причем суммарный оптимальный коэффициент избытка воздуха поддерживают количеством зводимого вторичного воздуха.

8тори мь возду}(

Кощентри- робанная пылесмесь

снижения токсичных выбросов в дымовых газах.

Формула изобретения

Способ сжигания пылевидного топлива путем предварительного сжигания вспомогательного топлива с первичным воздухом, подачи продуктов неполного сгорания на

смешение с пылесмесью и ввода получен- ной пылевзвеси и вторичного воздуха в зону горения, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания токсичных веществ в продуктах сгорания, вспомогательное топливо сжигают в соотношении с первичным воздухом ниже стехиометриче- ского и степень неполноты сгорания корректируют количеством первичного воздуха, а пылесмесь подогревают и подают тангенциченныи поток охлажденных продуктов неполного сгорания, причем суммарный оптимальный коэффициент избытка воздуха поддерживают количеством зводимого вторичного воздуха.

8тори мь возду}(

77

Фиг.1

Использование: в топках экологически чистых котельных агрегатов на тепловых электростанциях и в промышленных котельных с целью снижения содержания токсичных веществ в продуктах сгорания. Сущность изобретения: применение двухступенчатого высокотемпературного предварительного подогрева пылевидного топлива в пылепотоках высокой концентрации с последующим их смешением с продуктами неполного сгорания вспомогательного топлива, степенью неполноты сгорания которого одновременно ограничивают заданную температуру подогрева пыли Б первой ступени и содержание оксидов азота в уходящих дымовых газах, для восстановления которых в молекулярный азот применяют частично охлажденные продукты неполного сгорания вспомогательного топлива, подводимые к корню факела. 4 ил.

Фив,г

9

Фиг.З

«Q

.шшш.