Способ сжигания газообразного топлива Советский патент 1992 года по МПК F23C11/04 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сжигании газообразного топлива и предназначено для снижения токсичности продуктов его сгорания, сбрасываемых в атмосферный воздух.

Известен способ сжигания газообразного топлива, который обеспечивает снижение выбросов оксида азота в атмосферу путем повышения избытка воздуха в топке или вводом влаги в горячий воздух и, соответственно, снижения температуры в зоне горения.

Однако при этом снижается экономичность из-за увеличения количества тепла, сбрасываемого в атмосферу с уходящими газами.

Известен также способ двухступенчатого сжигания, при реализации которого горелки компонуются в два и более ярусов, а расходы воздуха по ярусам горелок изменяются от недостатков до избытков, причем средний избыток по топке в целом равен расчетному.

Этот способ является относительно малозатратным, но для его реализации необходимо размещение горелок в двух и более ярусах, что не всегда оправдано по капзат- ратам и удобству обслуживания. Наряду с этим усложняется управление топочным процессом.

Известен также способ подачи газов рециркуляции в горелки или в различные зоны топки. Этот способ нашел достаточно широVI

N

ч о

00

к,ое применение так как наряду с существенным снижением выбросов оксидов азота позволяет сблизить эмиссионные характеристики факелов при сжигании газа и мазута и уменьшить тепловосприятие экранов при сжигании мазута.

Однако для реализации этого способа требуются значительные капзатраты, Кроме того, при некоторых нештатных режимах могут образовываться и сбрасываться в окружающую среду канцерогенные вещества.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ сжигания газообразного топлива путем подачи обогащенной и бедной смесей горючего и окислителя в зону горения с последующим смешением и дожиганием, причем по крайней мере на одну из смесей накладываются колебания, а подача обогащенной и бедной смесей осуществляется в виде независимого закрученных потоков.

Недостатком этого способа является возможность выхода на резонансное горение, в результате которого могут иметь место разрушения некоторых элементов топки и котла. Рассогласование частот от горелки к горелке от 0,12 до 0,36 относительно средней частоты трудно осуществимо и не всегда эффективно для мощных горелок, количество которых на котел относительно невелико, а факелы каждой из горелок незначительно смешиваются между собой.

Цель изобретения - снижение содержания окислов азота в продуктах сгорания и предотвращение резонансного горения.

Указанная цель обеспечивается тем, что по способу, в котором путем подачи обогащенной и бедной смесей горючего и окислителя независимым закрученными потоками в топку и наложением пульсаций на оба эти потока создаются условия для локального сжигания топлива в условиях недостатка или избытки воздуха с последующим смешением и дожиганием, средние расходы обогащенной и бедной смесей топлива и окислителя, подаваемых через разные каналы горелки, равным между собой, а на каждую из этих смесей накладываются пульсации, равные по частоте и амплитуде, но смещенные по фазе на половину периода пульсаций. При этом расходы каждой из этих смесей в единицу времени, кратному периоду пульсаций, должны быть равными расчетным величинам, а суммарные расходы обеих смесей в каждый момент времени равны между собой.

На фиг 1 показан график пульсирующих расходов обогащенной (v06) и бедной (ve) смесей воздуха и горючего газа. Поскольку пульсации расходов обогащенного и бедного потоков смещены на половину периода, а амплитуды и частоты пульсаций равны между собой, то в каждый момент времени суммарный расход обогащенной и бедной смесей будет постоянным и равным

2) v v06 + V6,

где v06 и ve - текущие расходы обогащенной и бедной смесей,

Соответственно во временных интервалах 0-1, 2-3, 4-5,... будут иметь место недостатки, а в интервалах 1-2, 3-4, 5-6,... - избытки воздуха. Поскольку суммарный по- ток 2 v из горелки в каждый момент времени будет постоянным по расходу (фиг. 1) при данной нагрузке котла и равным расчетной величине, пульсации суммарного потока, котдрые могли бы вызвать резонансное горе- ние, не будут иметь места.

Пример. Исходные данные:

расход газа на горелку vr 0,2 м3/с;

теоретически необходимое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м3 газа, v0 10м3/м3;

расходы газа в обогащенной и бедной смесях vr. об 0,12 м3/с. vr.e 0.08 м3/с;

расчетный расход воздуха на горелку ув 2м3/с; расход воздуха в обогащенной смеси ve.o6 1 м3/с;

амплитуда пульсаций обогащенной и бедной смесей а 0,1 м3/с.

Максимальный и минимальный расходы обогащенной смеси:

Vo6 макс (1 + a)(vr,o6 + vB.o6) 1,232 М3/с;

v06 мим (1 - a)(vr об + vB.o6) 1,008 м3/с.

Расход воздуха в бедной смеси:

0

5

0

5

Уоб макс

1 +3

- Vu,6

Уоббмин

1 -а

- Vr.6

и минимальный расходы

VB,6

.1,04м3/с Максимальный бедной смеси:

Уб.макс (1 + a)(vr.6 + ув.б) 1,232.

Уб.мин - (1 - a)(vr.6 + vn.e) 1.008.

Из расчета следует, что расходы обогащенной и бедной смесей

Vo6 макс Уб.макс: Уоб.мин Уб.мин

Расход воздуха на горелку vr.e (vB,o6 + ve б) 2.04 м3/с. Этот расход выше расчетного на

ду-ЛУв.б-0.5ув)-100

v8/0

и может быть классифицирован как избыточный воздух.

На фиг.2 схематично показано развитие факела в топке при реализации предложенного способа сжигания газообразного топлива В зонах факела, ограниченных сечениями 3 (в этих сечениях избытки воздуха равны расчетным величинам), периодически будут чередоваться недостатки и избытки воздуха таким образом, что соседние зоны всегда будут различаться по избытку воздуха. Если в зонах 11, 3,5,.,. будут в данный момент времени недостатки воздуха (количество обогащенной смеси превышает количество бедной смеси), то в зонах 2, 41,,.. - избытки и, наоборот, если в зонах 1 , З1 - избытки воздуха, то в зонах 2, 4, - недостатки (количество бедной смеси превышает количество обогащенной смеси).

В зонах факела с недостатками воздуха останется несгоревшее топливо или продукты его неполного сгорания, а в зонах с избытками - избыточный воздух. Как одно, так и другое определит понижение температуры горения в этих зонах и снижение интенсивности генерации оксидов азота. Такой эффект будет иметь место на семой ранней стадии развития факела что в наибольшей степени будет способствовать снижению интенсивности образования оксидов азота, так как именно в начальной, наиболее высокотемпературной зоне факела происходит интенсивное оксидирование азота. За пределами начального участка фзкела в связи с интенсивными турбулентными пульсациями и массообменными процессами произойдет полное сгорание топлива и продуктов неполного сгорания в периферийной зоне факела, в которой интенсивность генерации оксидов азота относительно низка.

Способ реализуется следующим образом.

В соответствии с заданной программой специальными устройствами (например, поворотными заслонками), установленными возможно ближе к горелкам в коробках для обогащенной и бедной смесей, перекрываются части сечений этих коробов с задан-- ной периодичностью, причем, периоды и амплитуды вызванных этим пульсаций обоих потоков должны быть равными по величине и сдвинуты по фазе на половину периода. Этим создаются условия для сжигания горючего газа в каждый момент времени с недостатками или избытками воздуха, так как только в двух точках графиков расходов обогащенного и бедного потоков т 1 и г 2 (фиг.1) в пределах периода пульсаций будет иметь место заданное соотношение количеств этих сред, а в пределах соседних полупериодов пульсаций будут чередоваться режимы с недостатками или избытками воздуха. При этом расходы

воздуха и горючего газа а течение времени кратного периоду пульсации, остаются равными расчетным величинам для данной производительности и режима работы котла 5Увеличение сопротивлений трактов при

наличии пульсаций расходов обогащенной и бедной смесей будет незначительным, так как устройства для реализации пульсаций размещаются вблизи горелок и, соответст10 венно, на относительно большом расстоянии от дутьевых вентиляторов. Воздух и горючий газ или их смеси являются сжимаемыми средами, поэтому частичное перекрытие сечений коробов для обогащенной и

5 бедной смесей приведет к сжатию этих сред, а при открытии сечений энергия, затраченная на сжатие, будет частично высвобождена.

В связи с локальными периодическими

0 недостатками воздуха (тепло сгорания топлива будет меньшим из-за образования продуктов неполного сгорания, а также нагрева не участвующего в горении избыточного горючего газа) и избытками воздуха (тепло

5 сгорания будет расходоваться на нагрев не участвующего в горении избыточного возду- ха) в корневой зоне фзкела, горение будет протекать при пониженной температуре факела, что определит снижение скорости об0 разования оксидов азота, В последующих зонах развития факела вследствие турбулентных пульсаций и интенсивных смесеоб- разовательных - процессов будет осуществляться полное сгорание топлива,

5 но в большем объеме топки и с большей отдачей тепла поверхностям нагрева, что определит снижение температуры факела и, следовательно, снижение содержания оксидов азота в зоне горения и в сбрасываемых

0 в атмосферу уходящих газов.

Формула изобретения

1,Способ сжигания газообразного топлива путем подачи независимыми пульсирующими потоками обогащенной и бедной

5 смесей горючего и окислителя в зону горения с последующим их смешением и дожиганием, отличающийся тем. что, с целью снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания и предотвращения ре0 зонансного горения, осуществляют равенство периодов и амплитуд пульсаций, а также сдвиг по фазе на половину периода пульсаций потока одной из смесей горючего и окислителя относительно другой.

5

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что расход обогащенной и бедной смесей в течение времени, кратного периоду пульсаций, равным между собой.

W

Изобретение относится к энергетике и способам сжигания газообразного топлива Сущность изобретения- для снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания и предотвращения резонансного горения осуществляют равенство периодов и амплитуд пульсаций, наложенных на потоки обогащенной и бедной смесей горючего и окислителя, а также сдвиг по фазе на половину периода пульсаций, одного из вышеуказанных потоков относительно другого, при этом расходы обогащенной и бедной смесей в течение времени, кратного периоду пульсаций, равны между собой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. сл с

т Обогащенная

lliJ смесьN

П Бедная спесь

Фиг.2