Способ сжигания топлива Советский патент 1992 года по МПК F23D14/20 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при сжигании топлива в котельных агрегатах, камерах сгорания и других топливоиспользующих установках.

Наиболее близким технические решением, принятым в качестве прототипа, является способ сжигания топлива, при котором в топку подают топливо отдельными струями и инертное вещество по периферии каждой струи. Такой способ сжигания обеспечивает некоторое уменьшение образования окисдов азота за счет замедления процесса перемешивания топлива с воздухом благодаря образующейся защитной завесе вокруг каждой топливной струи

Недостатком этого способа является недостаточно эффективное перемешивание инертного вещества с топливом. Происходит интенсивный массообмен инертного вещества не только с топливом, но и с воздухом. В результате не все вещества, балластирующие зону горения, влияют на процесс выгорания с самого начала. Поэтому для достижения существенного снижения выбросов оксидов азота требуется подача значительного количества инертного вещества (15-20% от расхода воздуха на горение). Однако это ограничит возможности применения такого способа сжигания топлива на котельных агрегатах, поскольку потребует существенных затрат на привод тягодутьевых механизмов и приведет к снижению экономичности работы оборудования. Т. о. указанный способ сжигания не обеспечивает необходимого снижения выбросов оксидов азота вследствие того, что инертное вещество не влияет на начало процесса горения топлива в полном объеме.

Целью изобретения является снижение образования окисдов азота путем балластировки топлива инертным веществом.

Указанная цель достигается тем, что в способе сжигания топлива, включающем подачу топлива и инертного вещества в топку, последнее подают отдельными струями, а топливо подают по периферии каждой струи инертного вещества, причем соотношение скоростей упомянутых сред составляет 0,7-2,1.

сл

с

4

1 1 о ы

00

СО

Причинно-следственная связь между отличительными признаками и целью заключается в следующем.

Подача инертного вещества зону горения снижает температуру горения за счет увеличения объема продуктов горения и замедляет процесс горения благодаря снижению концентраций реагирующих веществ, При разделении общего потока инертного вещества на отдельные струи и подаче топлива по периферии каждой струи инертного вещества обеспечивается быстрое и полное смешение топлива с инертным веществом практически еще до перемешивания топлива с воздухом и последующего воспламенения горючей смеси. Это приводит к замедлению процесса горения, снижению температур и концентраций реагирующих веществ непосредственно в з онах протекания реакций образования оксидов азота на самых ранних стадиях. При этом достигается резкое снижение выбросов оксидов азота при умеренном расходе инертного вещества. Соотношение скоростей упомянутых сред составляющие 0,7-2,1 обусловлено тем, что снижение выбросов оксидов азота, наблюдающиеся при соотношении скоростей 2,1, не должно вести к ухудшению полноты сжигания топлива, что наблюдается (в соответствии исследованиям, см. фиг. 2) при соотношении скоростей меньших 0,7. Т. о. совокупное использование указанных признаков позволяет обеспечить достижение поставленной в заявляемом техническом решении цели-снижениеобразования оксидов азота.

Наличие отмеченных выше отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию новизна.

Поиск дополнительных технических решений, определяемый указанными отличительными признаками, не выявил известности их совокупного использования в других областях техники для достижения поставленной цели, на основании чего можно сделать вывод о соответствии заявляемо- го технического решения критерию существенные отличия.

На фиг. 1 схематично изображено устройство, реализующеее способ, при сжига- нии газа; на фиг. 2 - представлена зависимость относительных значений концентраций оксидов дзота от соотношения скоростей топлива и инертного вещества, поступающих в топку.

Устройство для сжигания газа, реализующее предлагаемое техническое решение, включает в себя кольцевой канал 1 для подачи инертного вещества и канал 2 для подачи топливного газа втопку. Выходная часть канала 1 инертного вещества снабжена выпускными отверстиями 3, к которым подсоединены штуцера 4. Выходная часть канала 2 газа снабжена отверстиями 5, причем выходные сечения штуцеров 4 лежат в плоскости отверстий 5. Кроме того, упомянутые каналы 1 и 2 расположены внутри воздуш0 ного канала 6,

Устройство работает следующим образом.

Газообразное инертное вещество и топливо подаются соответственно по каналам

5 1 и 2. Через отверстия 3 и штуцера 4 инертное вещество подается в топку. Газообразное топливо подается через зазор, образующийся между кромкой отверстия 5 и штуцером 4. Поскольку оси отверстий 5 и

0 штуцеров 4 совпадают, по периметру струи инертного вещества, поступающей в топку, образуется слой газа. Это способствует полному перемешиванию топлива и инертного вещества. В результате воздух, поступаю5 щий по каналу 6, перемешивается с готовой топливоинертной смесью. Данное обстоятельство обеспечивается соотношением скоростей топлива и инертного вещества, которое составляет 0,7-2,1.

0

На фиг, 2 представлены графики зависимости относительных значений концентрации оксидов азота в дымовых газах (кривая 1) и неполноты горения (кривая 2) от изме- 5 рения соотношения топлива и инертного вещества WT/WMH.

При соотношении скоростей более 2,1 происходит резкое увеличение содержания оксидов азота. Это обусловлено ухудшени- п ем процесса перемешивания топлива с инертным веществом ввиду низкой относительной скорости выхода последнего в топку и, как следствие, снижается воздействие подачи инертного вещества на процесс гое рения. При значениях отношения скоростей менее 2,1 происходит некоторое снижение концентрации оксидов азота, практически только за счет разбавления продуктов сгорания инертным веществом. Уменьшение соотношения ниже 0,7 приводит к резкому возрастанию неполноты горения, которая вызвана чрезмерно быстрым забалластиро- ванием топлива, ухудшением образования топливо-воздушной смеси, что вызывает недостаток окислителя в зоне горения и приводит к появлению продуктов недожога топлива. Поэтому оптимальным является интервал изменения соотношения скоростей топливной и инертной сред равный 0,7-2.1.

Поскольку струи инертного вещества располагаются внутри потока топлива, происходит очень интенсивное перемешивание топлива с инертным веществом, смесь которых поступает в зону горения. Замедление перемешивания топлива с воздухом и подача смеси топлива и инертного вещества в зону горения приводит к растягиванию процесса горения и уменьшению его температурного уровня, что вы- зывает резкое снижение образования как термических, так и топливных оксидов азота.

Кроме того, эффект по снижению выбросов NOx достигается при значительно меньших количествах подаваемого в топку инертного вещества.

В качестве примера конкретной реализации предлагаемого способа используются пылеугольные горелки вихревого и щелевого типовых котлов БКЭ-220 и ТП- 230.

Для реализации предполагаемого изобретения на котле БКЗ-220, оборудованном схемой ввода дымовых газов рециркуляции, в кольцевые каналы подачи угольной пыли в топку устанавливают ряд отдельных труб для подачи по ним газов рециркуляции (инертного вещества). При этом газы рециркуляции, выходящие из указанных труб поступают в топку отдельными струями, оказывающимися окруженными потоком топлива с наружной стороны, т. е. угольную пыль подают по периферии каждой струи газов рециркуляции. COOT- ношение скоростей топливной среды и газов рециркуляции следует принять в данном случае близким к 1,0, что обеспечит устойчивое перемешивание указанных сред и балластировку топлива инертным веществом. Это вызывает снижение температуры в ядре горения и ограничит образование термических оксидов азота, а также приведет к созданию зон с недостатком свободного кис- порода и затормозит переход топливного азота в N0, интенсифицируя в то же время конкурирующие реакции перехода

азотсодержащих компонентов в безвредный молекулярный азот N2.

Расчеты, выполненные на основании Методических указаний по расчету выбросов оксидов азота с дымовыми газами котлов РД 34.02.304-88 показывает, 4to снижение выбросов NOx при использовании предлагаемого изобретения в пылеуголь- ных вихревых горелках котла БКЗ-220 достигает около 40% без ухудшения экономичности его работы.

На котле ТП-230, оборудованном прямоточными щелевыми пылеугольными горелками, в соответствии с заявленным способом сжигания предлагается в центральные части каналов подачи топлива в топку установить сопла прямоугольного сечения для ввода дымовых газов рециркуля- ции (инертного вещества). При этом газы рециркуляции выходят из указанных сопл отдельными струями в топку, а топливо поступает по периферии каждой струи инертного вещества. Причем соотношение скоростей топливного и газового потоков следует принять равным 1,2-1,4, что обеспечит наибольший эффект по смешению указанных сред, а следовательно и по снижению оксидов азота на котле ТП-230 Расчеты показывают, что ожидаемое снижение образования NOx достигнет 35%,

Аналогичные расчеты, проделанные для разных типов гззомззутных и пылеу- гольных котлов, свидетельствуют о снижении образования оксидов азота при использовании предполагаемого изобретения на 30-50.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ сжигания топлива путем его подачи в топку совместно с инертным веществом, отличающийся тем, что,с целью снижения образования оксидов азота путем балластировки топлива инертным веществом, последнее подают отдельными струями, а топливо подают по периферии каждой струи при поддержании соотношения скоростей топлива и инертного вещества, равного 0.7...2,1.

Использование: при сжигании топлива в котельных агрегатах, камерах сгорания и других топливоиспользующих установках. Сущность изобретения: в топку подают тсф- ливо и инертное вещество отдельными струями, причем топливо подают по периферии каждой струи инертного вещества при поддержании соотношения скоростей упомянутых сред, равным 0,7...2,1. 2 ил,

f:-f f -

4 - Фиг 2.

Фиг/