Способ сжигания топлива

Способ сжигания топлива

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: при многоступенчатом сжигании топлива, с рециркуляцией продуктов сгорания, а также при сжигании газообразных и жидких отходов с широким диапазоном величины удельной теплоты сгорания в топках котлов и печей. Цель изобретения - снижение выхода оксидов азота. Это достигается тем, что поток воздуха в первую зону подают к ее периферии тангенциальными струями с избытком в диапазоне 0,2-0,8, а воздух во вторую зону подают спутным кольцевым потоком, образованным вокруг факела при общем избытке воздуха в диапазонах 1,02-1,04 или 1,35-2,15. Указанные отличительные признаки обеспечивают снижение содержания оксидов азота на целый порядок по сравнению с известными техническими решениями. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 23 R 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

00 ! о (21) 4828278/06 (22) 24.05.90 (46) 15.10.92. Бюл, М 38 (71) Опытно-конструкторское бюро тонкого биологического машиностроения (72) К.К.Тюкин, Е.Е,Мариненко, Г.П.Камина и Т.В. Голубева (56) Пчелкин Ю.M. Камеоы сгорания ГТД, 1973, с.180, рис. 9.11. (54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА (57) Использование: при многоступенчатом сжигании топлива, с рециркуляцией продуктов сгорания, а также при сжигании газообразных и жидких отходов с широким

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при многоступенчатом сжигании топлива, а также газообразных и жидких отходов с широким диапазоном величины удельной теплоты сгорания, преимущественно в вихревых горелках и камерах сгорания энерготехнологических агрегатов.

Известен способ сжигания топлива, заключающийся в создании последовательно размещенных двух зон образования топливовоздушной смеси с недостатком и избытком воздуха соответственно путем подвода в последние топлива и воздуха, образовании факела в первой зоне и направлении его во вторую зону. Известный способ обеспечивает снижение максимальной температуры в топке с 2050 до 1930 С и содержание оксидов азота в уходящих газа с 2200 до 500 мг! м, что недостаточно.

Наиболее близким к заявленному является способ сжигания топлива, заключающийся в создании последовательно 42 17б8879 А1 диапазоном величины удельной теплоты сгорания в топках котлов и печей. Цель изобретения — снижение выхода оксидов азота.

Это достигается тем, что поток воздуха в первую зону подают к ее периферии тангенциальными струями с избытком в диапазоне

0,2 — 0,8, а воздух во вторую зону подают спутным кольцевым потоком, образованным вокруг факела при общем избытке воздуха в диапазонах 1,02-1,04 или 1,35-2,15.

Указанные отличительные признаки обеспечивают снижение содержания оксидов азота на целый порядок по сравнению с известными техническими решениями. 4 ил. размещенных двух зон образования топливовоздушной смеси с недостатком и избытком воздуха соответственно путем подвода в последние топлива и воздуха, закрутки потока топливовоздушной смеси в первой зоне, образовании факела в ней и направлении его во вторую зону посредством рециркуляции продуктов сгорания. При осуществлении этого способа содержание оксидов азота в продуктах сгорания составляет 400 — 500 мг/м . Учитывая высокую

3 токсичность NQx такое содержание также является недопустимо высоким, Это связано с тем, что воздух, поступающий в первую зону закручивают с образованием топливовоздушной смесив объеме камеры сгорания по всему поперечному сечению с образованием локальных высокотемпературных зон. Кроме того, продукты сгорания из второй зоны в первую попадают за счет рециркуляции с высоким содержанием кислорода, приводящим к суммарному коэффициенту избытка воздуха в первой зоне

1768879 мазута в вихревом топочном агрегате (теп логенераторе) мощностью 15 МВт(а =0,8, а ьщ =1,95, распыливание мазута насыщенным паром 6п/См=.1 О) содержание NOx составляло до 37 мгlм (в пересчете на а=1), 45

3 что также на порядок ниже известных значений при сжигании мазута, Подача воздуха в первую зону к ее периферии тангенциальными струями создает в зоне циклонную структуру потоков.

Продукты неполного сгорания, не содержащие кислорода втягиваются из второй зоны в первую за счет разрежения, возникающего в приосевом пространстве первичной зоны, Факел горящего топлива локализуется в кольцевом активном слое и интенсивно отдает тепло излучением на ограждения первой зоны и конвекцией — к окружающему факел закрученному потоку, Такая структублизким к единице не смотря на подачу первичного воздуха через фронтовое устройство в соотношении к теоретическим необходимому 0,15.

Целью изобретения является снижение выброса оксидов азота.

Указанная цель достигается тем, что по способу сжигания топлива, заключающемся в создании последовательно размещенных двух зон образования топливовоздушной смеси с недостатком и избытком воздуха соответственно путем подвода в последние топлива и воздуха, закрутки потока топливовоздушной смеси в первой зоне, образовании факела в ней и направлении его во вторую зону посредством рециркуляции продуктов сгорания, согласно изобретению, воздух в первую зону подают к ее периферии тангенциальными струями при соотношении расхода воздуха к теоретически необходимомудля полного сгорания в диапазоне 0,2 — 0.8, а воздух во вторую зону— спутным кольцевым потоком, образован-. ным вокруг факела, причем общий избыток воздуха поддерживают в диапазоне 1,02—

1,04 или 1,35 — 2,15.

Полученные экспериментально .при сжигании природного газа значения содержания оксидов азота в заявленных пределах а> и а ощ на порядок ниже известных величин, Содержание NOx при изменении нагрузки горелки от 15 до 100 имеет один и тот же порядок значений. В условиях эксперимента максимальные значения расхода топлива соответствовали нижнему пределу избытка первичного воздуха (cl = 0,2). а минимальный расход топлива соответствовал верхнему пределу избытка первичного воздуха (e =0,8).

При сжигании тяжелого сернистого

40 ра потока обеспечиваетхорошее перемешивание и низкий температурный уровень в активном слое (800-900 С), а окружающий воздух участвующий в горении и поступающий в активный слой, глацным образом через торцы первой зоны, нагревается до

200-300 С. Рециркулирующие продукты сгорания подводятся в количестве примерно равном поступающему воздуху при температуре 1300-1500 С. Избыток воздуха в первой зоне поддерживают в пределах

0,2...0,8. Оба предела представляют собой порог перехода к одноступенчатому процессу сжигания топлива. При a> = 0,2 подача во вторую зону составляет а >0,8. Дальнейшее уменьшение приводит к затруднениям в организации закрученного потока в первой зоне, переходу процесса во вторую зону и резкому увеличению содержания NOx.

При a> = 0,8 подача во вторую зону составляет az = 0,2. Дальнейшее увеличение потока воздуха в первичную зону приводит к переходу процесса горения в первую зону (одностадийное горение), возрастанию в ней температуры и, как следствие, к увеличению выхода NOx. Подача воздуха во вторую зону — спутным кольцевым потоком, образованным вокруг факела, выходящего из первой зоны с максимальной интенсивностью крутки, способствует интенсификации процесса горения и одновременно отвода тепла в этой зоне, Общий избыток воздуха поддерживают в диапазоне 1,02 — 1,04 или 1,35-2,15. При а<гщ=1,02 одновременно обеспечивается низкий выход NOx и полное сгорание топлива. При а общ<1,02 содержание NOx продолжает снижаться, но появляется неполнота сгорания. при apsw=1,04 обеспечивается полное сгорание топлива при уровне NOx, соответствующему а pew-— 1,02. Увеличение а pew > 1,04 приводит к возрастанию содержания NOx. Первый диапазон 1,02 < apgw < 1,04 соответствует возможностям использования способа в энергетических установках, например, котлах, когда разбавление продуктов сгорания приводит к потерям тепла с уходящими газами, а нагрузка горелок с минимальным диапазон регулирования остается близкой к номинальной. При общ =

1,35 — 2,15 уровень содержания NOx соответствует первому диапазону (1,02 — 16%4).

Снижение а щ < 1,35 приводит к возрастанию содержания NOx. Увеличение а ìw>2,15 приводит к переохлаждению факела и появлению продуктов неполного сгорания в выбросах. Второй диапазон

1,35 < ap6w < 2,15 соответствует использованию способа сжигания топлива в режиме

1768879 теплогенератора для подготовки, например, сушильного агента. При необходимости большего разбавления продуктов сгорания с целью снижения температуры потока используют дополнительную вихревую камеру с тангенциальным подводом разбавителя.

Экспериментально установлено, что в диапазоне 1,04 < амщ < 1,35 содержание

NOx с Увеличением а бщ сначала возРастает, достигая при 1,22 наибольшего значения, а затем убывает.

Сущность изобретения поясняется чертежом устройства и экспериментальными зависимостями.

На фиг,1 представлено устройство для осуществления предложенного способа (горелка), поперечный разрез.

На фиг,2 — экспериментальная зависимость содержания в продуктах сгорания природного газа от коэффициента избытка воздуха в первой зоне (а ) при изменении общего коэффициента избытка воздуха а общ = 1,02 — 1,67.

На фиг.3 — зависимость содержания

NOx от общего коэффициента избытка возДУха (аыбщ) пРи изменении коэффиЦиента избытка первичного воздух- a1 = 0,2 — 0 8.

На фиг.4 — зависимость содержания

N0x от а1 пРи а ыщ= 1,02 — 1,04 и и мщ> 1,35, Горелка содержит корпус 1 с тангенциальным подводом воздуха, узел 2 подачи топлива, завихритель 3 первичного воздуха, сопло 4 для выхода факела, кольцевое сопло

5 вторичного воздуха.

Горелка работает следующим образом.

Воздух на горение подают в корпус 1, где он распределяется на два потока: в первую зону 6 через завихритель 3 и во вторую зону 7 через сопло 5 спутным кольцевым потоком вокруг факела, выходящего из сопла 4.

Воздух в первую зону подают при а1 = 0,2 — 0,8, а общий избыток во второй зоне поддеРживают в пРеделах а общ=1,02— 1,04 и aoeiq = 1,35 2,15 обеспечивают подачей вторичного воздуха, Топливо из узла 2 подают в "активный кольцевой слой" 8, с внешней стороны 9 которого поступает воздух, а с внутренней стороны 10 — продукты сгорания из второй зоны.

Зависимость МОх от а> (фиг.2) при аобщ = 1,02-1,67 полУчена пРи исслеДовании характеристик газовой горелки мощностью 0,2 МВт. Горелка исследована при изменении сечения входа (Р„) первичного воздуха через завихритель 3 отнесенного K поперечному сечению завихрителя (F<) от

0,03 до 0,08 а также изменении диаметра сопла 4(выходная горловина) d<, отнесенного к диаметру (входное сечение сопла) завихрителя (3) бк от 0,5 до 0,81. Геометрия проточной части первой зоны влияет на со5 держание N0x в продуктах сгорания, главным образом, на высоту и ширину основания

"всплесков" значений NOx, имеющих место в диапазоне а> от 0,2 до 0,8. Всплески значений NOx соответствУют значениЯм а общ в

10 пределах 1,04 — 1,35 (см.фиг,3). Зависимость содержания NOx ота1 при амщ = 1,02 — 1,04 и а бщ 1,35 (РезУльтиРУюЩаЯ гРафиков фиг.2, 3) не имеет всплесков концентрации

NOx (фиг.4).

Таким образом, при двухступенчатом сжигании природного газа с естественной рециркуляцией продуктов сгорания содержание NOx составляет 10 мг/м и Ри а общ = 1,02-1,04 и а общ = 1,35 — 2,15, также до 30 Mr/è пРи аобщ = 1,04 — 1,35. з

При одноступенчатом сжгании в первичной зоне содержание NOx достигает

65 мг/м, а при одноступенчатом сжигании во вторичной зоне содержание достигает 100 — 200 мг/м .

Способ сжигания топлива иллюстрируется следующими примерами, Пример 1. Для сжигания 20 нм /час природного газа при а общ = 1,02 требуется

194 нм /час воздуха, в том числе при a> = 0,2 первичного воздуха необходимо 38 нм /час, а при а = 0,8 — 152 нм /час, вторичного возз духа соответственно: 156 нм /час (а1 = 0,2) и42 нм /час(а = 0,8). При этом содержание з оксидов азота составляет 10 мг/M .

Пример 2. Для сжигания 20 нм /час природного газа при аищ = 1,04 требуется

198 нм /час воздуха, в том числе первичного 38 нм /час (а1 = 0,2) или 152 нм /час (а = 0,8) и вторичного 160 нм /час(а = 0,2) или 46 нм /час (a< = 0,8). Содержание з

NOx — 10 мг/м .

Пример 3, Для сжигания 20 нм /час природного газа при асбщ = 1,35 требуется

257 нм /час воздуха, в том числе первичного 38 нм /час (а1 = 0,2) или 152 нм /час ( з з а1 = 0,8) и вторичного 219 нм /час (a1 = 0,2) или 105 нм /час (a> = 0,8), Содержание NOx — 10 мг/м . з

Пример 4, Для сжигания 20 нм /час природного газа при амщ=2,15 требуется

409 нм /час воздух-, в том числе пеовичз ного 38 нм !час (а1 = 0,21 или 152 нм /час (а = 0,8) и вторичного 371 нм /час (а = 0,2) или 257 нм /час (а1 = 0,8). Содержание з

N0x — 10 мг/м . з

Пример 5. Для сжигания 20 нм /час природного газа при а = 0,5

1768879

Vубщ нм /час

194

196

198

257

409

30 (2общ Ч1 2 нм /час нм /час з

1,02 95 99

1,03 95 101

1,04 95 103

1,35 95 162

2,15 95 314

Содержание NOx — 10 мгlм з

Формула изобретения

Способ сжигания топлива, заключающийся в создании последовательно размещенных двух зон образования топливовоздушной смеси с недостатком и избытком воздуха соответственно путем подвода в последние топлива и воздуха, закрутки потока топливовоздушной смеси в первой зоне, образовании факела в ней и направлении его во вторую зону

5 посредством рециркуляции продуктов сгорания, отличающийся тем, что, с целью снижения выброса оксидов азота, воздух в первую зону подают к ее периферии тангенциальными струями при соотношении рас10 хода воздуха к теоретически необходимому для полного сгорания в диапазоне 0,2 — 0,8, а воздух во вторую зону —.спутным кольцевым потоком, образованным вокруг факела, причем общий избыток воздуха поддержи15 вают в диапазоне 1,02 — 1,04 или 1,35 — 2,15.

/

l г г

1768879 ю о cZ Â ic

50

Редактор С.Козлова

Заказ 3634 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 лЮ, лФ б

А

Составитель К;Тюкин

Техред М.Моргентал Корректор Н Милюкова