Способ ступенчатого сжигания топлива Советский патент 1993 года по МПК F23C11/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и связано с проблемой снижения токсичных выбросов оксидов азота в атмосферу при сжигании органического топлива. 5;,

Целью изобретения является снижение У выхода оксидов азота.

На фиг. 1 представлена схема реализации по высоте топки ступенчатого спЬсоба сжигания топлива с вводом азотсодержащё- v: то вещества межДу верхней зоной подачи воздуха и предшествующей зоной подачи, топливовоздушной смеси; на фиг,2 - расч0т- ные зависимости температуры и концентра- f ции оксидов азота от времени пребывания продуктов сгорания в газовом тракте котла / ripn реализации трехступенчатого способа сжигания топлива без ввода азотсодержащего вещества и с его вводом; а) ввод аммиака без сопутствующей среды; б) ввод агимиака со средой, не содержащей свободный кислород (N2 + С02 + НгО); на фиг.З - временные, расчетные зависимости температуры И концентрации оксидов азота в газовом тракте котельного агрегата при двухступенчатом

способе сжигания топлива с вводом азотсо-:

Держащего вещества с сопутствующей сре-3

дои. / .; :; ... : ; . . ; ... ,

Способ заключается в следующем.

; В нижнюю зону I горения через Z ярусов горелок 1 подают топливовоздушную смесь, Причем распределение воздуха между ярусами горелок 1 может быть произвольным и принятым исходя из надежйой работы топочной камеры. Необходимым условием реализации способа является обеспечение на

выходе из указанной зоны избытка воздуха меньше стехиометрического ( а - 1). Для

/пЬлного дожигания введенного в топку топлива в верхнюю зону топочной камеры через ЬбПла 2 подают необходимое количество воздуха. Для обеспечения существенного снижения количества оксидоб азота, образовавшихся в Нижней зоне горения, через сопла или устройство 3 подачи вводят в промежуток между нижней t и верхней II зонами горения азотсодержащее вещество в среде, не содержащей свободный кислород.

06

00

N

00

При этом значительное восстановление образовавшихся ранее оксидов азота происходит вследствие организации реагирования азотсодержащего вещества в основном по каналу № (О благодаря соответствующим режимным условиям. Вклад канала N0 в общий процесс реагирования RN в продуктах сгорания при данных условиях незначителен. В результате имеет место существенное снижение концентрации N0 при вводе разлага- ющего агента в продукты неполного сгорания за зоной активного горения последней час- тй топлива. .; :;.. , : . .-.. -. - Vv :. Количество сопутствующей среды и устройство ввода должны быть выбраны из ус- ловия обеспечения качественного смешения вводимого агента с продуктами неполного сгорания топлива, образовавшимися в зоне I, до ввода воздуха в верхнюю зону горения. Проскок азотсодержащего вещества в окис- лительиую зону И горения вызывает дополнительное образование оксидов азота. Проведенные расчетные исследования показали, что при качественном смешении разлагающего агента с топочными газами во избежание проскока азотсодержащего вещества а окислительную зону его количество определяют исходя из количества молей NHi, образовавшихся в процессе разложения RN, и количества молей N0 в продуктах сгорания к моменту ввода. Так, например, в случае использования аммиака МНз для соблюдения указанной стехиометрии необходимо последний ввести в молярном соотношении, равном МНз/NO 1. При использовании мочевины ее количество должно определяться исходя из молярного соотношения (NH2)2/NQ 0,5.

При наличии одного яруса горелок (Z 1)в нижней зоне i горения с а 1 (режим двухступенчатого сжигания топлива) значительное снижение выхода оксидов азота имеет место только при сжигании азотсодержащего топлива. При сжигании газа в данном случа е эффект снижения выхода N0 незначителен из-за низкого количества N0, образовавшегося в зоне горения с а 1 (в основном быстрые N0). При сжигании газа по схеме трех и более ступенчатого горения топлива с избытком воздуха в нижнем ярусе горелок ее 1 предлагаемый способ позволяет значительно снизить конечный выход N0 за счет восстановления термических оксидов азота, образовавшихся в зоне горения.

Рассмотрим эффект снижения выхода оксидов азота на примере трехступенчатого сжигания топлива с вводом в качестве разлагающего агента (азотсодержащего вещества) аммиака в зону III, В рассматриваемом примере в первый ярус горелок подавалась топливовоздушная смесь с а 1- 1,05, во второй снизу ярус горелок - топливовоздушная смесь с а 2 0,75 так, что суммарг ный коэффициент избытка воздуха на выходе из нижней зоны горения составлял ,9. Ввод аммиака в количестве, равном содержанию N0 в продуктах сгорания, осуществлялся за зоной активного горения при различных температурах топочных Га- ЗОВ. . О Х :.. ; ;/; . ; .. - .. .

Рассматривался как гипотетический случай смешения чистого агента с .продукта- ми сгорания (фйг.2а), так и реально реализуемый случай ввода аммиака со средой, не содержащей свободный кислород, в количестве 10% от объема топочных тазов на выходе ИЗ ТОПКИ.:. ,/ . . .,. : .

В верхнюю зону горения подавался воздух, необходимый для полного дожигания топлива, так, что коэффициент избытка воздуха на выходе из тбпки составлял а 1,05. В этом случае по отношению к известному способу трёхступенчатого сжигания топлива было достигнуто снижение выхода оксидов азота на 42-57%.

В примере с двухступенчатой схемой сжигания топлива с а 0,9 в первой ступени и избытком воздуха на выходе из топки, равным 10,5, степень снижения концентрации оксидов азота при вводе аммиака между нижней и верхней зонами горения составила 16-45%. . V. :

В общих примерах конечная концентрация оксидов азота составила в пересчете на N02 при -а 1,05 65-115 мг/м3. что ниже современных нормативов ПДВ оксидов азота, : - .-. : . .. .

Аналогичный эффект снижения концентрации достигается в случае ввода мочевины или других азотсодержащих веществ в продукты сгорания между предпоследней восстановительной зоной горения и последней зоной дожигания топлива.

Формула изобретения

1. Спосо.б ступенчатого сжигания топлива путем подачи окислителя в расположенные по высоте топки нижнюю восстановительную и верхнюю окислительную зоны горения, различающиеся суммарным «.Ј содержанием в них окислителя, причем в нижней зоне - его недостаток а 1, а в верхней - избыток а 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения выбросов в атмосферу оксидов азота NQx, в промежуток между зонами вводят азотсодержащее вещество в бескислородной среде.

2. Способ по п. 1, о т ли чающийся тем, что азотсодержащее вещество вводят в количестве, не превышающем достаточного

для восстановления образовавшихся в нижней зоне горения NOX.

йозйух

й- 3

.../№ Топливоr Ji

lfli- гЦ 4 &№

Фиг. 1

03

0

vtjUos

TOWUfo/ : :;b; j

ШШ

0.3

Of3 0,6 &,$

.:. Ф«г.е-:л-Јй

1&Ю

- 1ЫЮ

KOU

f&

ШШ

)

iSOQ

1506

1,2

7 A+fet ; 0;

JL л

0.3

аз

0.6

Т,Ј

)

1ZOQ

W0- - Безь&эда ////

- С &§QjoM /У//з

900

/7

09

1,2

с}с

л.- -rt q v - - .. О