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

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в топках котлов с однофронтовой компоновкой горелок и в другом топливосжигающем оборудовании.

Известен способ сжигания топлива в топке котла путем подачи в зону горения спутными, одним или более, вертикальными рядами основной части топлива и воздуха, а также дополнительного встречного воздуха, подаваемого напротив и выше основной зоны горения. Недостатком данного способа является неглубокое снижение концентрации оксидов азота, хотя и достигается существенное снижение концентрации сажи и канцерогенных веществ Это обусловлено тем, что при таком способе сжигания интенсифицируется процесс горения газа и повышается температура в топке, что и приводит к образованию оксидов азота

Известен также способ сжигания топлива в топке котла путем подачи в зону горения спутными, одним или более, вертикальными рядами основной части топлива

и воздуха, а также дополнительного спутно- го и встречного воздуха, подаваемого соответственно выше и навстречу основной зоны горения. Недостатком указанного способа является снижение интенсивности выгорания топлива в основной зоне горения, затягивание длины факела, а также образование сажистых частиц.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ сжигания топлива в топке котла путем подачи в зону горения спутными, одним или более, вертикальными рядами основной части топлива и воздуха, а также, дополнительного спутного и встречного воздуха, подаваемых соответственно выше и навстречу основной зоне горения. Недостатком указанного способа является снижение интенсивности выгорания топлива в основной зоне горения, затягивание длины факела, а также образование сажи и канцерогенных веществ.

сл

с

ч

VI О

Ј

Целью предполагаемого изобретения является снижение образования вредных примесей в продуктах сгорания при интенсивном выгорании топлива.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе сжигания топлива в топках котлов путем подачи в зону горения спутными, одним и более, вертикальными рядами основной части топлива и воздуха, а также дополнительного спутного и встречного воздуха, подаваемых соответственно выше и навстречу основной зоны горения, часть топлива в количестве (15-30)% от всего количества отводят и подают в смеси со встречным воздухом с коэффициентом избытка воздуха 0,2-0,5 навстречу основной части топлива и воздуха, при этом коэффициент избытка воздуха в последних поддерживают близким к стехиометрическому значениюа 1,0 ±0,1.

Признак ... подачи основной части топлива и воздуха с коэффициентом избытка воздуха, близким к стехиометрическому а. 1 через горелки с последующим восстановлением образовавшихся оксидов азота путем подачи второй части топлива с воздухом через вспомогательные горелки при а 1 выше зоны основного горения, а еще выше через сопла, установленные над вспомогательными горелками, третичного воздуха ... известен. Однако в указанном способе подачу потоков второй части топлива и воздуха, а также третичного воздуха осуществляют вертикальными рядами в топках котлов с многоярусным расположением горелок. Это приводит к плохому перемешиванию основного и дополнительного потоков топлива и воздуха, и как следствие, к плохому восстановлению образовавшихся в золе основного горения оксидов азота. Кроме того, такой способ сжигания топлива в топках котлов с многоярусным расположением горелок зачастую приводит к затягиванию факела и ограничению номинальной паровой производительности за счет чрезмерного увеличения температуры перегрева пара.

На фиг. 1 изображена схема топки котла, где 1 - корпус топки котла; 2 - горелки первого яруса; 3 - горелки второго яруса; А - шлицы для подачи дополнительного спутного воздуха; 5 - вспомогательные горелки; на фиг.2 - кривые изменения температуры факела по относительной высоте топки; на фиг.З - кривые изменения усредненного коэффициента избытка воздуха по относительной высоте топки; на фиг.4 - кривые степени выгорания топлива по относительной высоте топки; на фиг.5 - кривые

изменения концентрации оксидов азота по относительной высоте топки; на фиг.6 - кривые изменения суммарной концентрации канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (2 СКПАУ) по относительной высоте топки; на фиг.7 - кривые изменения концентрации продуктов неполного горения (СН4, СО, На) при различных коэффициентах избытка воздуха; на фиг.8 зависимость образования вредных примесей (оксидов азота, КПАУ) от соотношения подачи основного и дополнительного топлива в предлагаемом способе.

Предлагаемый способ заключается в

следующем.

Основное количество топлива и воздуха (с ) подают в зону горения спутными одним или более вертикальными рядами (через горелки 2,3), а также дополнительно спутно и встречно - воздух) через шлицы 4 и вспомогательные горелки 5). При этом часть топлива в количестве (15-30%) от всего количества отводят л подают в смеси со встречным воздухом через вспомогательные горелки 5 с коэффициентом избытка воздуха а - 0,2-0,5 навстречу основной части топлива и воздуха. Это приводит к интенсификации процесса выгорания продуктов неполного сгорания, сокращению длины факела, увеличению максимальной температуры в топке. В результате этого создаются наилучшие условия для уменьшения образования оксидов азота, сажи, бенз(а)пирена и других канцерогенных

полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).

Примеры конкретного выполнения. Предварительно рассмотрим физическую картину изменения топочных процессов

при разных способах сжигания в сравнении со сжиганием близким к стехиометрическому а. 1,0±0,1 в топке котла ТГМ-94 с двух - ярусной компоновкой 6 газомазутных горелок (фиг, 1-8). На этих фигурах в качестве оси абсцисс отложена условная относительная высота топки h/HT. Величина

+ 2, где Нт - расстояние от оси нижнего яруса горелок до выходного сечения

топки; а - глубина топки.

П р и м е р 1. Осуществляется спосоо сжигания природного газа в режиме, близком к стехиометрическому сжиганию, когда все количество топлива и воздуха подаются

через горелки 2,3 с а 1,0±0,05 (см.фиг.1). При этом происходит интенсивное горение топлива при высокой температуре в ядре факела, приводящее к интенсивному образованию оксидов азота и минимал ьному образованию полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). На фиг.2,3,4 (кривые 1) изображены кривые изменения температуры факела, среднего коэффициента избытка воздуха и степени выгорания топлива по относительной высоте топки при стехиометрическом сжигании. На фиг,5 и 6 (кривые 1) показаны концентрация оксидов азота и суммы концентраций канцерогенных ПАУ.

П р и м е р 2. Осуществляется способ сжигания природного газа в режиме, когда потоки природного газа и воздуха подводят ступенчато в зону сжигания: в первичную - ниже стехиометрического через горелки 2, во вторичную - спутно первичному части воздуха и остальной части (30-40%) топлива через горелки 3, в третичную (16-18)% дополнительного воздуха через шлицы 4. а через шлицы 5 противотоком в первичную зону сжигания (4-7)% недостающего воздуха. В этом режиме сжигания на всех кривых, изображающих изменение температуры факела, коэффициента избытка воздуха, степени выгорания топлива, происходят скачки (фиг.2,3.4, кривая 2), которые свидетельствуют об изменении интенсивности процесса горения в моменты подачи дополнительных частей топлива и воздуха. При этом указанная неравномерность зависит от величины дополнительного топлива и воздуха и чем больше их доля, тем более неравномернее процесс горения по высоте топки и тем больше увеличивается длина факела и, как следствие, это приводит к увеличению температуры на выходе из топки (Тт)(см.фиг.2, кривые 2). Ступенчатая подача топлива и воздуха в описываемом способе по сравнению со стехиометрическим сжиганием приводит к значительному снижению образования оксидов азота (на 50- 60%), но к некоторому (40-50)% увеличению суммы концентрации канцерогенных ПАУ (фиг.5 и 6, кривые 2).

П р и м е р 3. Осуществляется способ сжигания природного газа путем подачи в зону горения двумя вертикальными рядами основой (70-85%) части топлива и воздуха с коэффициентом избытка воздуха близким к стехиометрическому значению ,0±0,1 через горелки 2 и 3, а навстречу - остальной части топлива (15-30%) с частью воздуха с коэффициентом избытка воздуха а 0,2-0,5 через вспомогательные горелки 5 и спутно и выше горелок 2 и 3 - остальной части (недостающего до полного сжигания) воздуха через шлицы 4. В этом режиме сжигания в основной зоне горения процесс идет при коэффициенте избытка воздуха, близкой к

стехиометрическому а 1,0 ±0,1, достигается полное выгорание основного количества топлива при высокой температуре с минимальным образованием канцерогенных

5 ПАУ и с генерацией большого количества оксидов азота. Подача остальной (15-30%) части топлива с воздухом навстречу основной зоны горения с коэффициентом избытка воздуха а - 0,2-0,5 приводит к обильному

0 образованию газов-восстановителей (СО и На), которые восстанавливают уже образовавшиеся оксиды азота до молекулярного азота. При подаче остальной части воздуха через шлицы 4 над основными горелками 2,

5 3 и благодаря незначительной доле встречного дополнительного топлива, которое несущественно снижает интенсивность выгорания основного количества топлива, образуется минимальное количество канце0 рогенных ПАУ (фиг.2-6, кривые 3), При этом, как это видно из результатов зондирования топки котла фиг.7 (кривые 2 и 3), наибольшее количество газов - восстановителей образуется при а. - 0,2-0,5. Причем при уменыие5 нии а. 0,2 в продуктах неполного горения резко увеличивается концентрация метана С СНА (фиг.7. кривая 1), что свидетельствует

об отвратительном горении. При увеличении а 0,5 начинает увеличиваться концен- трация продуктов полного сгорания (С 002) (фиг.7, кривая 4), разбавляя концентрацию СО и Н2 и снижая эффективность восстановительных процессов,

с Как показали многочисленные данные, основанные на опытах, оптимальным соотношением расходов дополнительного топлива через вспомогательные горелки 5 является (15-30)% от общего количества

Q топлива. Причем при подаче менее 15% топлива снижается эффективность восстановления оксидов азота (фиг.8, полоса CNOX)- а при подаче более 30% топлива вследствие недостатка окислителя (а 0,2-0,5) во

5 вспомогательных горелках резко возрастает концентрация канцерогенных ПАУ (фиг.8, полоса S СКПАУ), и, кроме того, увеличивается длина факела и температура на выходе из топки.

0 Технико-экономическим преимуществом заявляемого изобретения по сравнению с прототипом является то, что путем подачи в зону горения одним или более вертикальными рядами основной части

5 топлива и воздуха са 1,0±0,1, а навстре-. чу - остальной (15-30)% части топлива с . частью воздуха с о, 0,2-0,5 и спутно и выше вспомогательных горелок - остальной части воздуха обеспечивается снижение образующихся вредных примесей, а

также снижение температуры на выходе топки.

Формула изобретения Способ сжигания топлива путем подачи в зону горения через по крайней мере один вертикальный ряд горелок потоков основной части топлива и воздуха и дополнительно струй воздуха соответственно выше и встречно потокам топлива и воздуха, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания токсичных примесей в продуктах сгорания, 15-30% топлива от всего его количества подают в смеси со встречной струей воздуха с коэффициентом избытка воздуха а 0,2-0,5, при этом в потоках основной части топлива и воздуха поддерживают а 0,9-1,1.

Использование: в топках котлов с од- нофронтовой компоновкой горелок и т.п. Сущность изобретения: часть топлива в количества 15-30% от всего количества отводят и подают в смеси со встречным воздухом с коэффициентом избытка воздуха 0,2-0,5 навстречу основной части воздуха, при этом коэффициент избытка воздуха в последнем поддерживают а 0,9...1,1. 8 ил.

,К 2000

1000

о,г о,ь of o,6 Фиг.Ј

®us.1

//

1,0 h/Hr

Uiiuu.

КЛЛУ

rf

Јs Л з 58

f) .сэ

5 § 3

ч

ГГ Г Г л

Т.К1.Т.П Vo Lr.

х сог

0,1 0,2 0,5 0,4 0,5 0,6 0,7 0,д Фиг.7

100 вО 60 i ii iI

0,7

Usj

... Омоёное 40 20 0%толш6о