RU2013699C1

RU2013699C1 - Gas/oil fuel combustion method

Info

Publication number: RU2013699C1
Authority: RU
Inventors: А.И. Подберезский; Н.С. Шестаков; В.М. Соболев; С.Я. Михайлов
Original assignee: Соболев Виктор Михайлович
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: part of gas/air mixture is swirled and supplied at excess air coefficient of 0.5 to 0.7; other part of mixture is supplied for mixing with first part and total excess air coefficient of 0.85 to 0.95 is maintained; mixture speed at burner exit is 20 to 150 mps. EFFECT: reduced emission of nitrogen oxides into atmosphere. 7 dwg

Description

Изобретение относится к сжиганию и может быть использовано в энергетике. До настоящего времени в мировой практике нет способа сжигания газомазутного топлива с глубоким снижением выбросов в атмосферу оксидов азота без снижения экономичности. The invention relates to combustion and can be used in energy. To date, in world practice there is no way to burn gas oil with a deep reduction in emissions of nitrogen oxides into the atmosphere without reducing efficiency.

Известен способ сжигания газа путем подачи газовоздушной смеси в слой гранулированного промежуточного теплоносителя и одновременно охлаждения до 1100-1300^оС. При этом в газовоздушную смесь добавляют инертные газы в количестве 25-30% от расхода смеси и охлаждение слоя осуществляют на уровне 2/3 его высоты. Цель способа - снижение NO_x в продуктах сгорания [1] .Known is a method of burning gas by feeding the gas mixture into the bed of granular intermediate coolant while cooling to ^about 1100-1300 C. The gas mixture added in inert gases in a quantity of 25-30% of the mixture flow rate and cooling layer is carried out at the level of its 2/3 heights. The purpose of the method is the reduction of NO _x in the combustion products [1].

К существенным недостаткам данного способа можно отнести незначительное снижение вредных выбросов в атмосферу; сложность создания требуемого соотношения компонентов; сложность в технологии создания условий выполнения способа. Significant disadvantages of this method include a slight decrease in harmful emissions into the atmosphere; the difficulty of creating the required ratio of components; the complexity in the technology of creating the conditions for the execution of the method.

Известен способ очистки дымовых газов при помощи активированного угля. При снижении активности угля его регенерируют 80% -ной серной кислотой. A known method of purification of flue gases using activated carbon. With a decrease in coal activity, it is regenerated with 80% sulfuric acid.

Существенный недостаток данного способа - использование для очистки активированного угля и серной кислоты. A significant drawback of this method is the use of activated carbon and sulfuric acid for purification.

Известен способ сжигания топлива путем одновременной подачи компонентов горения двумя потоками в зону сжигания, один из которых является богатой топливовоздушной смесью, смесь подают с α = = 0,5-0,8, а второй имеет бедную топливовоздушную смесь с α = 1,3-1,6. A known method of burning fuel by simultaneously supplying combustion components with two streams to the combustion zone, one of which is a rich air-fuel mixture, the mixture is fed with α = 0.5-0.8, and the second has a poor air-fuel mixture with α = 1.3- 1.6.

Цель этого способа - снижение содержания NO_x[2] . Основные недостатки данного способа - недостаточное снижение содержания NО_х и снижение экономичности сжигания.The purpose of this method is to reduce the content of NO _x [2]. The main disadvantages of this method is the insufficient decrease in the content of NO _x and a decrease in the efficiency of combustion.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый за прототип способ сжигания газомазутного топлива путем подачи газовоздушного потока тангенциально к условию вертикальному телу вращения посредством блочных прямоточно-вихревых горелок [3] . Closest to the proposed invention is the prototype method of burning gas oil by supplying a gas-air flow tangentially to the condition of the vertical body of rotation by means of block direct-flow vortex burners [3].

Цель изобретения - снижение выбросов в атмосферу оксидов азота без снижения экономичности. The purpose of the invention is to reduce emissions of nitrogen oxides into the atmosphere without reducing efficiency.

Цель достигается тем, что в отличие от известного способа сжигания газомазутного топлива путем подачи газовоздушного потока тангенциального к условно вертикальному телу вращения посредством блочных прямоточно-вихревых горелок, новым является то, что в предлагаемом способе подачу топлива в газовоздушную смесь в закрученной части потока на выходе из горелки поддерживают для обеспечения в ней коэффициента избытка воздуха α в пределах 0,5-0,7 при коэффициенте избытка воздуха в нижних частях секций горелки или в горелки со сбросным соплами в пределах 0,85-0,95, а скорости газовоздушной смеси на выходе из горелки устанавливают в пределах 20-150 м/с,
На фиг. 1 изображена топка с блочными прямоточно-вихревыми горелками; на фиг. 2 - прямоточно-вихревая горелка; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг; 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - вид В на фиг. 2; на фиг. 6 - график зависимости от коэффициента избытка воздуха; на фиг. 7 - график зависимости от скорости воздуха на выходе из горелки.The goal is achieved in that, in contrast to the known method of burning gas-oil fuel by supplying a gas-air flow tangential to a conditionally vertical body of revolution by means of block direct-flow vortex burners, the new one is that in the proposed method, the fuel is supplied to the gas-air mixture in the swirling part of the stream at the outlet of burners are supported to provide an air excess coefficient α in the range 0.5-0.7 with an air excess coefficient in the lower parts of the burner sections or in burners with discharge nozzles in the range of 0.85-0.95, and the speed of the gas-air mixture at the outlet of the burner is set within 20-150 m / s,
In FIG. 1 shows a furnace with block direct-flow vortex burners; in FIG. 2 - direct-flow vortex burner; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1; in FIG. 5 is a view B in FIG. 2; in FIG. 6 is a graph of the coefficient of excess air; in FIG. 7 is a graph of air velocity at the outlet of the burner.

Топка 1 содержит на менее трех прямоточно-вихревых горелок 2, которые состоят из секций 3. Горелки размещены тангенциально к воображаемой горизонтальной окружности 4 (фиг. 3) с осью, совпадающей с центральными осями 5 топки 1 или отдельных частей 6 той же топки. Секция прямоточно-вихревой горелки состоит из аксиального завихрителя 7 (фиг. 2). Выше горелок размещены сбросные сопла 8 (фиг. 4), для подачи газа имеются периферийные каналы 9 (фиг. 5) и центральные 10. Жидкое топливо подают через форсунки 13, установленные в центральные каналы 10 горелки. The furnace 1 contains on less than three direct-flow vortex burners 2, which consist of sections 3. The burners are placed tangentially to an imaginary horizontal circle 4 (Fig. 3) with an axis coinciding with the central axes 5 of the furnace 1 or of individual parts 6 of the same furnace. The section of the direct-flow swirl burner consists of an axial swirler 7 (Fig. 2). Discharge nozzles 8 (Fig. 4) are located above the burners; peripheral channels 9 (Fig. 5) and central 10 are available for gas supply. Liquid fuel is supplied through nozzles 13 installed in the central channels 10 of the burner.

Способ сжигания газомазутного топлива осуществляется следующим образом. The method of burning gas oil fuel is as follows.

Воздух подается через прямоточно-вихревые горелки 3 частично (до 20-30% ) через аксиальный завихритель 7 и остальной - прямотоком. При данном соотношении, как показали исследования, обеспечивается наличие активной устойчивой зоны обратных токов 14 (фиг. 2). Топливо подают как в прямоточную часть потока 11, так и в закрученную 12 (фиг. 2). При этом в закрученную часть подают топливо в количестве, обеспечивающем α = 0,5-0,7. При этих условиях происходит полное подавление NO_x. При α = 0,4-0,45 происходит активное сажеобразование, что в целом ухудшает экономичность котла из-за механического недожога. Как показали эксперименты, при α= 0,75-0,85 происходит резкое возрастание выбросов NO_x. При α = 0,9 образование NO_x резко снижается (см. график на фиг. 6). В связи с этим через нижние секции 15 подается воздух в количестве α = = 0,85-0,95. Если есть сбросные сопла, то через все секции 3 подают воздух в количестве до α = 0,9.Air is supplied through a direct-flow swirl burner 3 partially (up to 20-30%) through an axial swirler 7 and the rest through a direct-flow fan. With this ratio, studies have shown that the presence of an active stable zone of reverse currents 14 is ensured (Fig. 2). Fuel is supplied both to the direct-flow part of the flow 11 and to the swirling 12 (Fig. 2). In this case, fuel is supplied to the swirling part in an amount providing α = 0.5-0.7. Under these conditions, a complete suppression of NO _x occurs. When α = 0.4-0.45, active soot formation occurs, which generally degrades the efficiency of the boiler due to mechanical underburning. As experiments showed, at α = 0.75-0.85, there is a sharp increase in NO _x emissions _. At α = 0.9, the formation of NO _x decreases sharply (see the graph in Fig. 6). In this regard, air is supplied through the lower sections 15 in the amount of α = 0.85-0.95. If there are discharge nozzles, then through all sections 3 air is supplied in an amount up to α = 0.9.

Как показали экспериментальные исследования, на образование NO_x оказывает влияние скорость воздуха на выходе из горелки. Была получена следующая зависимость (см. график на фиг. 7). Наличие нисходящей ветви можно объяснить тем, что при α < 1 с увеличением скорости улучшается качество смешения топлива с воздухом, что приводит к сокращению количества локальных зон с α≥ 1, где существенно вырастает вероятность образования оксидов азота. Наличие горизонтальной части свидетельствует о достижении автомодельности процесса, где обеспечивается минимум вероятности образования локальных зон с α> 1 (например, углы топки и пр. ) и соответственно достижимый минимум образования NO_x.As shown by experimental studies, the formation of NO _x is influenced by the air velocity at the outlet of the burner. The following dependence was obtained (see the graph in Fig. 7). The presence of a descending branch can be explained by the fact that, with α <1, with an increase in speed, the quality of mixing fuel with air improves, which leads to a reduction in the number of local zones with α≥ 1, where the probability of formation of nitrogen oxides increases significantly. The presence of the horizontal part indicates the achievement of self-similarity of the process, where the minimum probability of the formation of local zones with α> 1 (for example, furnace angles, etc.) and, accordingly, the attainable minimum of NO _x formation are ensured.

Исследования на котле БКЗ-320 ТЭЦ-17 Ленэнерго показали, что при скорости на выходе из горелок > 20 м/с и подаче в них рециркулирующих газов в количестве от 10 до 45% содержание NO_x снизилось от 70 мг/м³ до 30-40 мг/м³. При том α_ух составило 1,05-1,07.Studies on the BKZ-320 boiler of CHPP-17 Lenenergo showed that when the exit velocity of the burners> 20 m / s and the supply of recirculating gases in an amount of 10 to 45%, the NO _x content decreased from 70 mg / m ³ to 30- 40 mg / m ³ . Moreover, α _wow was 1.05-1.07.

Наличие сбросных сопл, направленных против вращения газов, дополнительно снижает NO_x на 10-15% . Направлены против, так как за счет улучшения смешения исключается образование локальных зон в рабочем объеме камеры с повышенным избытком воздуха, способствующего образованию NO_x. При скорости газовоздушной смеси на выходе из горелок, больших 150 м/с, резко возрастает мощность вспомогательного оборудования.The presence of waste nozzles directed against the rotation of the gases further reduces NO _x by 10-15%. They are directed against, since due to improved mixing the formation of local zones in the working volume of the chamber with an increased excess of air, which contributes to the formation of NO _{x, is} excluded. When the speed of the gas-air mixture at the outlet of the burners is greater than 150 m / s, the power of auxiliary equipment increases sharply.

Claims

METHOD FOR COMBUSING GAS AND FUEL FUEL by supplying a mixture of gas-air flow and fuel tangentially to a conditionally vertical body of revolution by means of block direct-flow vortex burners, characterized in that, in order to reduce emissions of nitrogen oxides into the atmosphere without reducing efficiency, part of the gas-air flow is twisted and fed with an excess coefficient of air equal to 0.5 - 0.7, the other part is mixed with the first and the total coefficient of excess air is maintained equal to 0.85 - 0.95, and the speed of the mixture at the outlet of the burner and is 20 - 150 m / s, in addition, additional air is supplied for afterburning.