PL164556B1

PL164556B1 - Method of reducing emission of nitrogen oxides from combustion of low grade coal

Info

Publication number: PL164556B1
Application number: PL28889891A
Authority: PL
Inventors: Jan Swirski; Jerzy Szymczak; Viola Wroblewska; Tomasz Golec; Boguslaw Bogucki; Andrzej Kulpa
Original assignee: Ekoenergia Sp Z Oo; Inst Energetyki
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1994-08-31
Also published as: PL288898A1

Abstract

1. Sposób obniżania emisji tlenków azotu, przy spa laniu węgla niskogatunkowego w przepływie zawirowanym, w którym wykorzystuje się do uzyskania stabilnej strefy spalania zawirowania powietrza wtórnego, znamienny tym, że mieszanina paliwowa o niskiej koncentracji pyłu dzielona jest na dwa strumienie,jeden strumień (A) o wysokiej koncentracji pyłu i niedomiarzepowietrza a drugi strumień (B) o niskiej koncentracji pyłu i wysokim nadmiarze powietrza, przy czym pierwszy strumień (A) mieszaniny paliwowej o wysokiej koncentracji pyłu węglowego wprowadzany jest centralnie do strefy recyrkulacji gorących spalin, występującej w przepływie silnie zawirowanym a drugi strumień (B) mieszaniny paliwowej, zawierający niską koncentrację pyłu węglowego, odrzucany jest w kierunku strumienia powietrza wtórnego. 2. Urządzenie do obniżania emisji tlenków azotu przy spalaniu węgla niskogatunkowego w przepływie zawirowanym, znamienne tym, że w przewodzie mieszaniny paliwowej (i) za separatorem (2) są zainstalowane łopatki (5) tworzące kanały (6), które łączą kanał (4) o niskiej koncentracji pyłu z pierścieniem wylotowym (8) usytuowanym na zewnątrz kanału (3), przy czym na zewnętrznejściance dyszy paliwowej (7) umieszczonyjest stożek kierujący (9).1. A method of reducing nitrogen oxide emissions at a spa pouring low-grade coal in a swirled flow, which is used to obtain stable secondary air swirl combustion zone, characterized by low concentration fuel mixture the dust is divided into two streams, one stream (A) with high dust concentration and low airflow and the second stream (B) with low dust concentration and high excess air, the first stream (A) a fuel mixture with a high dust concentration is introduced centrally into the recirculation zone hot exhaust gas, present in the flow strongly swirled and the second stream (B) of the fuel mixture, containing a low concentration of coal dust, is thrown towards the air stream secondary. 2. Device for reducing emissions of nitrogen oxides when burning low-grade coal in the flow a swirl, characterized in that in the mixture conduit after the separator (2) are installed blades (5) forming the channels (6) that connect the channel (4) with low dust concentration with discharge ring (8) located outside the channel (3), wherein on the outer wall of the fuel nozzle (7) is located the guide cone (9).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do obniżania emisji tlenków azotu przy spalaniu węgla niskogatunkowego w przepływie zawirowanym, na przykład w palnikach kotłów pyłowych.The present invention relates to a method and a device for reducing the emission of nitrogen oxides in the combustion of low-grade coal in a swirl flow, for example in pulverized coal boiler burners.

W znanych palnikach wirowych do spalania pyłu węglowego, na przykład firmy japońskiej Hitachi-Babcock, przystosowanych do spalania węgła dobrej jakości, o wartości opałowej rzędu 30 MJ/kg, wykorzystywany jest sposób zapobiegania tworzenia się tlenków azotu, polegający na szybkim odgazowaniu pyłu węglowego, spalaniu części lotnych przy niedoborze utleniacza oraz na opóźnionym mieszaniu strumienia powietrza wtórnego ze strumieniem mieszaniny pylowopowietrznej. Konstrukcja palników wykorzystujących ten sposób odznacza się tym, że zawiera element stabilizujący, zapewniający bliski i stabilny zapłon, umieszczony centralnie na wylocie z palnika, wykonany ze specjalnych wysokogatunkowych materiałów ceramicznych. Znany jest ponadto z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku P-282 324 sposób kształtowania wypływu mieszaniny pyłowo-powietrznej z palnika pyłowego, zapewniający obniżoną emisję tlenków azotu, polegający na tym, że strumień mieszaniny pyłowo-powietrznej jest rozdzielony na kilka strumieni, przy czym w początkowej fazie następuje szybkie i intensywne podgrzanie rozdzielonego strumienia mieszaniny pyłowo-powietrznej gazami recyrkulacji wewnętrznej poprzez dobór stosunku pędów strumieni mieszaniny pyłowej i powietrza wtórnego i liczby wiru strumienia wypływającego z palnika, przy czym strumień powietrza wtórnego zawirowany łopatkami osiowymi jest odseparowany od rozdzielonego strumienia mieszaniny wolną przestrzenią, po czym następuje zamieszanie obu strumieni i spalanie węgla w stosunku niższym od stechiometrycznego.Known vortex burners for the combustion of coal dust, for example by the Japanese company Hitachi-Babcock, adapted to burn good quality coal, with a calorific value of 30 MJ / kg, use a method of preventing the formation of nitrogen oxides, consisting in rapid degassing of coal dust, burning volatiles in the absence of oxidant and delayed mixing of the secondary air stream with the dust-air mixture stream. The design of burners using this method is distinguished by the fact that it contains a stabilizing element ensuring close and stable ignition, located centrally at the burner outlet, made of special high-quality ceramics. Moreover, from the Polish patent application description P-282 324, a method of shaping the dust-air mixture outflow from a dust burner is known, ensuring a reduced emission of nitrogen oxides, consisting in the fact that the air-dust mixture stream is divided into several streams, in the initial phase the split stream of the air-dust mixture is heated rapidly and intensively with internal recirculation gases by selecting the ratio of the momentum of the dust mixture and secondary air streams and the number of the vortex of the stream flowing out of the burner, while the secondary air stream swirled by the axial blades is separated from the separated stream of the mixture with free space, which results in confusion of both streams and combustion of coal in a less than stoichiometric ratio.

Znany układ stosujący opisany sposób odznacza się tym, że w palniku zawierającym dyszę pyłowo-powietrzną z zawirowaczem, dyszę pyłowo-powietrzną, w której zabudowany jest rozdzielacz wieloramienny znajduje się rozdzielacz kieszeniowy z przegrodami osadzony na rurze rdzeniowej cylindrycznej lub stożkowej, o średnicy wylotu stanowiącej 0,25 do 0,35 średnicy wewnętrznej palnika a powierzchnia przegród rozdzielacza kieszeniowego w przekroju wylotowym palnika stanowi 0,4 - 0,6 całkowitej powierzchni dyszy pyłowej, która jest oddzielona od dyszy powietrza wtórnego wolną przestrzenią w kształcie pierścienia. Opisane sposoby i palniki nie zapewniają stabilnego spalania w warunkach spalania węgla o wartości opałowej średnio 18 MJ/kgThe known system applying the described method is characterized by the fact that in the burner containing a dust-air nozzle with a swirler, a dust-air nozzle, in which a multi-arm distributor is built, there is a pocket distributor with partitions mounted on a cylindrical or conical core pipe, with an outlet diameter of 0 25 to 0.35 of the internal diameter of the burner, and the area of the pocket divider baffles in the burner outlet section is 0.4 - 0.6 of the total area of the dust nozzle which is separated from the secondary air nozzle by a ring-shaped free space. The described methods and burners do not ensure stable combustion under the conditions of burning coal with a calorific value of 18 MJ / kg on average

164 556 i zawartości popiołu rzędu 20% - typowych dla polskich elektrowni. Wynika to z faktu, że do wysuszenia i podgrzania pyłu w młynie kotła wymagana jest znaczna ilość czynnika wentylującego młyn, a ponieważ suszenie węgla odbywa się powietrzem gorącym, występuje wysoki udział powietrza w mieszaninie pierwotnej rzędu 0,25 do 0,35 w stosunku do ilości stechiometrycznej oraz niska koncentracja pyłu węglowego rzędu 0,25 - 0,3 kg/m³ co jest przyczyną niskiej skuteczności obniżenia emisji tlenków azotu i niewystarczającej stabilności spalania, polegająca na trudności uzyskania stabilnego zapłonu. Dodatkowa niedogodność techniczna występuje w przypadku, gdy w komorze spalania kotła stosuje się dodatkowe powietrze ponad strefą spalania a do palnika dodawane jest tylko około 80% powietrza wtórnego niezbędnego do spalania.164,556 and an ash content of 20% - typical for Polish power plants. This is due to the fact that a significant amount of the mill ventilator is required to dry and heat the dust in the boiler mill, and since the coal is dried with hot air, there is a high proportion of air in the primary mixture of 0.25 to 0.35 compared to the amount of stoichiometric and a low concentration of coal dust of 0.25 - 0.3 kg / m ^3, which is the reason for the low efficiency of reducing nitrogen oxide emissions and insufficient combustion stability, consisting in the difficulty of obtaining a stable ignition. An additional technical disadvantage occurs when additional air is used in the boiler combustion chamber above the combustion zone and only about 80% of the secondary air necessary for combustion is added to the burner.

Istota sposobu obniżania emisji tlenków azotu przy spalaniu węgla w przepływie zawirowanym polega na tym, że mieszanina pyłowa o niskiej koncentracji pyłu i nadmiarze powietrza dzielona jest na dwa korzystnie równe strumienie, jeden strumień o wysokiej koncentracji pyłu i niskim nadmiarze powietrza oraz drugi strumień o niskiej koncentracji pyłu i wysokim nadmiarze powietrza, przy czym pierwszy strumień mieszaniny pyłowo-powietrznej o wysokiej koncentracji pyłu węglowego wprowadzany jest centralnie do strefy recyrkulacji gorących spalin, występującej w przepływie silnie zawirowanym, a drugi strumień mieszaniny pyłowo-powietrznej zawierający niską koncentrację pyłu węglowego odrzucany jest w kierunku strumienia powietrza wtórnego.The essence of the method of reducing the emission of nitrogen oxides when burning coal in a swirled flow consists in the fact that a dust mixture with a low dust concentration and excess air is divided into two preferably equal streams, one stream with a high dust concentration and low excess air, and the other stream with a low concentration. and a high excess of air, the first stream of a dust-air mixture with a high concentration of coal dust is introduced centrally into the hot exhaust gas recirculation zone, occurring in a highly swirled flow, and the second stream of a dust-air mixture containing a low concentration of coal dust is thrown towards secondary air stream.

Istota urządzenia do obniżania emisji tlenków azotu przy spalaniu węgla niskogatunkowego w przepływie zawirowanym polega na zainstalowaniu w przewodzie mieszaniny pyłowo-powietrznej za separatorem łopatek tworzących kanały, które łączą kanał o niskiej koncentracji pyłu z pierścieniem wylotowym usytuowanym na zewnątrz kanału, przy czym na zewnętrznej, ściance dyszy paliwowej umieszczony jest stożek kierujący mieszaninę o niskiej koncentracji do strefy aktywnego spalania. Wynalazek jest objaśniony na przykładzie wykonania i zobrazowany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny palnika z zaznaczonymi strumieniami mieszaniny paliwowej, a fig. 2 - przekrój poprzeczny palnika.The essence of the device for reducing the emission of nitrogen oxides during the combustion of low-grade coal in a swirled flow consists in installing in the duct of the dust-air mixture downstream of the separator of the blades forming channels that connect the duct with a low dust concentration with the outlet ring located outside the duct, while on the outer wall, the fuel nozzle houses a cone directing the low concentration mixture into the active combustion zone. The invention is illustrated by an exemplary embodiment and illustrated in the drawing, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of the burner with jets of the fuel mixture marked, and Fig. 2 shows a cross section of the burner.

Mieszanina pyłowo-powietrzna wpływająca do palnika przewodem pyłowym 1 rozdzielana jest przez separator pyłu 2 na dwie, w przybliżeniu równe części A i B, charakteryzujące się różną koncentracją pyłu. Przewód pyłowy 1 jest mocowany przesuwnie, osiowo w rurze wewnętrznej powietrza wtórnego 10 w celu doboru optymalnych warunków spalania i redukcji tlenków azotu. Strumień A o wysokiej koncentracji pyłu zawierający około 85% pyłu wpływa do kanału 3, po czym wypływa z kanału 3 kanałami 6 utworzonymi między łopatkami 5 do strefy aktywnego spalania. Pozostała część mieszaniny paliwowej tworzącej strumień B zawierająca około 15% pyłu z przewodu 1 wpływa do kanału 4. W przewodzie mieszaniny pyłowo-powietrznej 1 za separatorem 2 zainstalowane są łopatki 5, których ścianki tworzą kanały 6 łączące kanał 4 o niskiej koncentracji pyłu z ukształtowanym pierścieniem wylotowym 8 usytuowanym na zewnątrz kanału 3. Na zewnętrznej ściance dyszy paliwowej 7 umieszczony jest stożek kierujący 9 odrzucający mieszaninę o niskiej koncentracji od strefy aktywnego spalania.The dust-air mixture flowing into the burner through the dust conduit 1 is divided by the dust separator 2 into two approximately equal parts A and B, having different dust concentrations. The dust conduit 1 is slidably mounted, axially, in the inner pipe of the secondary air 10 for the purpose of selecting optimal combustion conditions and reducing nitrogen oxides. Stream A with a high dust concentration containing about 85% of dust enters channel 3, and then leaves channel 3 through channels 6 formed between the blades 5 into the active combustion zone. The remaining part of the fuel mixture forming stream B, containing about 15% of dust from the conduit 1, flows into the conduit 4. In the conduit of the dust-air mixture 1 downstream of the separator 2, blades 5 are installed, the walls of which form conduits 6 connecting the conduit 4 with a low dust concentration with the shaped ring an outlet 8 located outside the conduit 3. A guide cone 9 is disposed on the outer wall of the fuel nozzle 7, rejecting the low concentration mixture from the active combustion zone.

Według wynalazku, mieszanina paliwowa o koncentracji 0,25 - 0,35 kg/m³ i nadmiarze powietrza 0,2 - 0,4 dzielona jest na dwa strumienie, jeden strumień A o wysokiej koncentracji pyłu 0,5 - 0,8 kg/m³ przykładowo rzędu 0,8 kg/m³ i niedomiarze powietrza 0,15 - 0,25 przykładowo rzędu 0,2 oraz drugi strumień B o niskiej koncentracji pyłu 0,08 - 0,15 kg/m³ przykładowo rzędu 0,10 kg/m³ i nadmiarze powietrza 0,6 - 0,8 przykładowo rzędu 0,7. Pierwszy strumień A mieszaniny paliwowej, zawierający około 85% całości pyłu węglowego wprowadzany jest centralnie do strefy recyrkulacji gorących spalin, występującej w przepływie silnie zawirowanym, co zapewnia szybkie odgazowanie i spalenie części lotnych, przy niskiej koncentracji utleniacza w tym strumieniu, a tym samym zapobiega powstawaniu tlenków azotu. Drugi strumień B zawierający około 15% całości pyłu węglowego, w tym najdrobniejsze frakcje pyłu odrzucany jest od centralnej strefy spalania w kierunku strumienia powietrza wtórnego, gdzie pył węglowy ulega spalaniu. Strumień B izoluje płmieniem centralną strefę odgazowania i spalania części lotnych od wczesnego mieszania z powietrzem wtórnym produkuje wolne rodniki typu NH i CHN sprzyjające redukcji tlenków azotu. Znaczenie każdego z wymienionych wpływów strumienia B zmienia się w zależności od miejsca separacji strumieni A i B i sposobu skierowania strumienia B do strumienia powietrza wtórnego.According to the invention, the mixture of fuel concentration of 0.25 - 0.35 kg / m ³ and air excess of 0.2 - 0.4 is divided into two streams, one stream A high dust concentration of 0.5 - 0.8 kg / m ^{3, for} example, of 0.8 kg / m ³ and an air deficit of 0.15 - 0.25, for example, of 0.2, and a second stream B with a low dust concentration of 0.08 - 0.15 kg / m ^{3, for} example, of 0.10 kg / m ³ and air excess of 0.6 - 0.8, for example of the order of 0.7. The first stream A of the fuel mixture, containing about 85% of the total coal dust, is introduced centrally into the hot exhaust gas recirculation zone, occurring in a highly swirled flow, which ensures rapid degassing and combustion of volatile parts, with a low concentration of oxidant in this stream, thus preventing the formation of nitrogen oxides. The second stream B, containing about 15% of the total coal dust, including the finest dust fractions, is thrown from the central combustion zone towards the secondary air stream, where the pulverized coal is burned. The B stream isolates the central zone of degassing and combustion of volatile components with the flame from early mixing with the secondary air and produces NH and CHN free radicals that favor the reduction of nitrogen oxides. The importance of each of the above-mentioned effects of stream B varies depending on where the streams A and B are separated and the method of directing the stream B to the secondary air stream.

I-II-I

B S 4 3 40 2 4B S 4 3 40 2 4

Fig.2Fig.2

Fig. 4Fig. 4

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 10 000 złPrice: PLN 10,000

Claims

Patent claims

1. The method of reducing the emission of nitrogen oxides when burning low-grade coal in a swirl flow, in which swirls of the secondary air are used to obtain a stable combustion zone, characterized in that the fuel mixture with a low dust concentration is divided into two streams, one stream (A) with a high concentration of dust and insufficient air, and the second stream (B) with a low concentration of dust and a high excess of air, the first stream (A) of the fuel mixture with a high concentration of coal dust is introduced centrally into the hot exhaust gas recirculation zone, present in the flow strongly swirled and the second stream (B) of the fuel mixture, containing a low concentration of pulverized coal, is thrown towards the secondary air stream.

2. Device for reducing the emission of nitrogen oxides during the combustion of low-grade coal in swirl flow, characterized in that in the fuel mixture line (1) after the separator (2), blades (5) forming channels (6) are installed, which connect the channel (4) with a low dust concentration with the outlet ring (8) located outside the duct (3), and the guide cone (9) is located on the outer wall of the fuel nozzle (7).