Способ ступенчатого сжигания топлива Советский патент 1992 года по МПК F23C5/28 

/1

Использование: на тепловых электростанциях. Сущность изобретения: в камеру сгорания 1 подают струи топлива в смеси с газообразным агентом через горелки 2. В вышерасположенную зону камеры сгорания 1 с температурой топочных газов не более 1500°С и с расходом, равным 30-50% от количества воздуха, необходимого для сгорания всего топлива, через сопла 3 осуществляют ввод струй вторичного воздуха с иаклЬном вниз. Начальный динамический напор подачи струй вторичного воздуха превышает динамический напор подачи в обь- ём камеры сгорания 1 Струй топлива в смеси С газообразным агентом. 1 з. п. ф. 5 ил. ;

А-А

ч о

W 00

о

Фие

Изобретение относится к способам сжигания топлива и может быть использовано на тепловых электростанциях.

Известен способ стехиометрического сжигания топлива, при котором весь потребный для горения воздух подают в топочный обьем вместе с топливом через горелки (1)

Недостатком этого способа сжигания является повышенное содержание оксидов азота в продуктах горения, а при пылевидном сжигании некоторых углей и неустойчивое зажигание факела

Известен также способ - прототип гту- пенчатого сжигания топлива в топке с вертикальной камерой сгорания, включающий подачу в нижнюю зону камеры сгорания струй топлива в смеси с газообразным агентом с образованием топочных газов и ввод в поток этих газов в вышераспооженной зоне камеры сгорания струй вторичного воздуха С наклоном вниз (2)

Недостатком способа-прототипа является низкая эффективность ступенчатого сжигания топлива, в частности, малая степень уменьшения образования Оксидов азота в топочном обьеме. Это объясняется тем, что в этом способе ступенчатого сжигания не регламентирован режим ввода струй вторичного воздуха (их начальный расход, динамический напор и температурный интервал факела, относящийся к зоне ввода струй)

Целью изобретения является уменьшение образования оксидов азота и повышение эффективности сжигания топлива.

Указанная цель достигается тем. что предлагаемый способ струпенчатого сжигания топлива в топке с вертикальной камерой сгорания, как и способ-прототип, включает подачу в нижнюю зону камеры сгорания струй топлива в смеси с газообразным агентом с образованием топочных газов и ввод в поток этих газов в вышерасположенной зоне камеры сгорания струй вторичного воздуха с наклоном вниз. В отличие от способа-прототипа струи вторичного воздуха вводят в поток топочных газов с температурой последних не более 1500°С, с расходом, равным 30-50% от количества воздуха, необходимого для сгорания всего топлива, и с начальным динамическим напором, превышающим начальный динамический напор подачи струй топлива в смеси с газообразным агентом.

Для достижения наибольшего эффекта подачу струй топлива в смеси с газообразным агентом и овод струй вторичного воздуха осуществляют тангенциально.

Предложенный способ ступенчатого сжигания топлива может быть реализован при различных модификациях компоновки сопел вторичного воздуха в зависимости от

особенностей компоновки котла, топки и го- релочных устройств.

На фиг. 1 показана топка С односторонним двухъярусным расположением восьми горелок и односторонним размещением в

0 вертикальных плоскостях установки горелок наклонённых вниз четырех сопел вторичного воздуха; на фиг. 2 - в TO.I же топке сопла в количестве 5 шт. установлены со смещением на 0,5 шага относительно ука5 занных выше плоскостей расположения горелок; на фиг. 3 - топка с двухсторонним встречным размещением восьми горелок и двусторонним размещением восьми сопел вторичного воздуха, наклоненных вниз

0 (центры выходных сечений и оси горелок размещены в вертикальных плоскостях установки горелок), на фиг 4 - при том же расположении горелок в той же топке центры выходных сечений сопел размещены

5 аналогично фиг. 3, а их оси расположены в параллельных вертикальных плоскостях по встречно смещенной схеме; на фиг. 5 - топка квадратного сечения (она снабжена восемью тангенциально направленными

0 горелками, размещенными по две на всех четырех ее стенах, и восемью наклоненными вниз соплами вторичного воздуха, также тангенциально направленными и установленными по две на всех четырех стенах топ5 ки).

Изображенные на фиг. 1 - 5 топки содержат; вертикальные камеры сгорания 1, горелки 2 и сопла вторичного воздуха 3, размещенные на фиг. 1, 2 - на одной стене

0 4, нз фиг. 3, 4 - на двух противолежащих вертикальных стенах 4, на фиг. 5 - на четырех таких стенах А и расположенные над камерами 1 поворотные газоходы 5.

В указанных на фиг. 1-5 топках пред5 ложенный способ ступенчатого сжигания топлива реализуется следующим образом. В нижнюю зону вертикальных камер сгорания 1 подают струи смеси топлива с газообразным агентом (первичным воздухом или

0 дополнительно к нему с газами рециркуляции) через горелки 2. В поток горящих топо- чных газов, движущихся в вышерасположенной зоне камеры сгорания 1, вводят с наклоном вниз струи вторичного

5 воздуха. Его ввод осуществляют через сопла 3, рассредоточенные по крайней мере по ширине одной из вертикальных противоположных стен 4, причем на такой высоте по отношению к уровню подачи через горелки 2 топлива, при которой исключается попадание вторичного воздуха в высокотемпераурную зону объема камеры сгорания 1 с емпературой топочных газов более 1500°С. Поэтому в зоне дожигания топлива во второй ступени горения) образование 5 термических оксидов азота, генерация которых происходит по экспоненциальной зависимости от температуры, начиная с Т 1550°С, маловероятно. Вследствие принятия расхода вторичного воздуха через со- 10 пла 3 не менее 30% от количества воздуха, необходимого для сгорания всего топлива, в высокотемпературной зоне объема камеры 1 (в первой ступени горения), где Ь 1550°С, локальный коэффициент избытка 15 первичного воздуха, который подается через горелки 2, составляет не более 0,85. Горение топлива с указанной нехваткой кислорода сопровождается значительным уменьшением образования как термиче- 20 ских (несмотря на высокую температуру), так и топливных оксидов азота. Образование топливных оксидов азота в зоне дожигания (во второй ступени горения), где локальный коэффициент избытка воздуха 25 может быть больше 1,0 маловероятно, т. к. в результате предварительного термического разложения соединений, содержащий топливный азот, последний превращается в молекулярный, а его окисление в зоне дожи- 30 гания исключается из-за низкого температурного уровня (Т«1550°С). В связи с высоким уровнем ввода вторичного воздуха через сопла 3 процессы его перемешивания с недогоревшим топливом и дожигание по- 35 следнего преимущественно в верхней части камеры сгорания 1 с завершением горения топлива в поворотном газоходе 5 должны быть интенсифицированы. Интенсификация указанных процессов наряду с накло- 40 ном сопел 3 вниз и рассредоточением их по ширине стен 4 может быть обеспечена за счет принятия повышенного начального динамического напора ввода струй вторичного воздуха, по крайней мере превышающего 45 динамический напор подачи струй топлива в смеси с газообразным агентом через горелки 2. Вторичный воздух должен вводиться в объем камеры сгорания 1 с максимально возможным напором, практи- 50 чески равным полному давлению воздуха на выходе из воздушного подогревателя. Это можно достигнуть сведя до минимума гидравлические потери на тракте: воздушный подогреватель - выходное сечение сопла 3, 55 тогда как на тракте: воздушный подогреватель - выходное сечение горелки 2 гидрав- лические потери могут быть весьма существенными, например, на завихриваю- щих аппаратах горелок 2. Для повышения

начального динамического напора струй вторичного воздуха в условиях имеющегося запаса по напору дутьевых вентиляторов можно установить специальные дроссели на тракте: воздушный подогреватель - горелка 2 и одновременно уменьшить проходное сечение сопел 3. При отсутствии указанного запаса по напору дутьевых вентиляторов можно идти на использование дополнительных воздухоподающих устройств, установленных в тракте вторичного воздуха. Ввод существенно наклоненных вниз струй вторичного воздуха с повышенным (точнее максимально возможным) динамическим напором при коэффициенте избытка вторичного воздуха ,3-0,5 позволяет обеспечить благоприятную аэродинамику перемешивания реагентов в зоне дожигания. Встречно-поперечное обтекание топочными газами, содержащими недогоревшее топливо, струй вторичного воздуха при высокой эжекционной способности последних, способствует интенсификации процессов перемешивания реагентов и дожигания топлива. Наоборот, ввод вторичного воздуха невысоконапорными (вялыми) струями приводит к тому, что восходящий поток топочных газов легко разворачивает эти струи вверх. В этом случае интенсивность процесса перемешивания снижается, что характерно для аэродинамики спутных потоков. В условиях высокого расположения сопел вторичного воздуха 3, по существу, вблизи поворотного газохода 5, это чревато появлением недожога топлива.

Как показали исследования, расход вторичного воздуха должен составлять 30-50% от количества воздуха, необходимого для сгорания всего топлива. Начальный динамический напор струй вторичного воздуха должен быть максимально возможным, причем, по крайней мере, он должен превышать динамический напор подачи струй топлива в смеси с газообразным агентом. Рекомендуется следующий порядок определения уров- ня ввода струй вторичного воздуха. Методом зонального теплового расчета определяется кривая падения средней температуры факела по высоте камеры сгорания за счет увеличения суммарной отдачи тепла экранным трубам посредством излучения. В точку, лежащую на вертикальной оси камеры сгорания и характеризующуюся средней температурой факела 1500°С, направляют геометрические оси наклоненных вниз сопел вторичного воздуха, тем самым, определяя уровень ввода его струй. При этом, как показали исследования, оптимальными по условиям перемешивания являются угла наклона сопел, равные 25-50° по отношению к горизонтальной плоскости. В условиях топок с тангенциально направленными горелками и соплами для интенсификации перемешивания и дожигания топлива ввод струй вторичного воздуха и топлива в смеси с газообразным агентом целесообразно осуществлять с противоположным направлением тангенциальной закрутки при меньшем диаметре условного тела вращения, относящегося к струям вторичного воздуха (фиг. 5).

Использование предложенного способа ступенчатого сжигания позволяет умень- шить образование оксидов азота в топочном объеме при повышении экономичности сжигания топлива.

Формула изобретения 1. Способ ступенчатого сжигания топлива в топке с вертикальной камерой сгора- ния, включающий подачу в нижнюю зону

По А-Д Фиг.. У

камеры сгорания струй топлива в смеси с газообразным агентом с образованием топочных газов и ввод в поток этих газов в вышерасположенной зоне камеры сгорания струй вторичного воздуха с наклоном вниз, отличающийся тем, что, с целью уменьшения образования окислов азота и повышения эффективности сжигания топлива, струи вторичного воздуха вводят в поток топочных газов с температурой последних не более 1500°С, с расходом, равным 30- 50% от общего количества воздуха, необходимого для сгорания всего топлива, и с начальным динамическим напором, превышающим начальный динамический напор подачи струй топлива в смеси с газообразным агентом. - - / „

2W.2

Фиг 5

По Б-Б cpuz, 3

2

t.1 «Ч II

3,

2

5

2

Л

2

- ««™™/ . j

4

0. 4

/ PU2.S 2