RU2055268C1 - Straight-through burner with low yield of nitrogen oxides (versions) and fuel burning method - Google Patents
Straight-through burner with low yield of nitrogen oxides (versions) and fuel burning method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2055268C1 RU2055268C1 SU5046970A RU2055268C1 RU 2055268 C1 RU2055268 C1 RU 2055268C1 SU 5046970 A SU5046970 A SU 5046970A RU 2055268 C1 RU2055268 C1 RU 2055268C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- nozzles
- fuel
- burner
- nozzle
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано преимущественно в тангенциальных топках котельных агрегатов, сжигающих распыленное твердое, жидкое и газообразное топливо. The invention relates to energy and can be used mainly in the tangential furnaces of boiler units burning atomized solid, liquid and gaseous fuels.
Известны прямоточные пылеугольные горелки, содержащие два параллельно-щелевых канала, направленных по касательной к условной центральной окружности, один из которых, расположенный обычно в топке со стороны ядра факела, служит для подачи топливно-воздушной смеси, а второй, располагающийся со стороны близлежащей боковой стенки топки, служит для подачи вторичного воздуха. Direct-flow pulverized coal burners are known, containing two parallel-slotted channels directed tangentially to the conventional central circle, one of which, usually located in the furnace from the side of the torch core, serves to supply the fuel-air mixture, and the second, located on the side of the adjacent side wall firebox, serves to supply secondary air.
Недостатком такой конструкции является высокий уровень концентрации О2 на начальном участке факела, что приводит к образованию повышенных концентраций окислов азота (NOх).The disadvantage of this design is the high level of O 2 concentration in the initial portion of the plume, which leads to the formation of increased concentrations of nitrogen oxides (NO x ).
Известна прямоточная пылеугольная горелка, содержащая пылеподводящую трубу, а также воздушный короб, разделенный на каналы первичного и вторичного воздуха продольной перегородкой, снабженной на заднем торце языковым шибером, в который пылевидное топливо подается с высокой концентрацией по пылеподводящей трубе, размещенной в канале первичного воздуха. A direct-flow pulverized coal burner is known, which contains a dust supply pipe, as well as an air box divided into primary and secondary air channels by a longitudinal partition provided with a tongue gate at the rear end into which dusty fuel is supplied with high concentration through a dust supply pipe located in the primary air channel.
Недостатком такой горелки является высокий уровень NOх, так как весь воздух подается в зону выхода летучих и воспламенения топлива.The disadvantage of such a burner is the high level of NO x , since all the air is supplied to the exit zone of volatile and ignition fuels.
Известна также пылеугольная угловая горелка, состоящая из попарно расположенных сопл первичной топливно-воздушной смеси и сопл вторичного воздуха, направленных по касательной к центральной окружности, причем сопла вторичного воздуха по отношению направления вращения факела в топке установлены за соплами аэросмеси. Отличительной особенностью такой горелки является расположение сопл топливно-воздушной смеси и сопл вторичного воздуха в проекции на горизонтальную плоскость таким образом, что их продольные оси сходятся в топке под острым углом не более 45о.A pulverized coal angle burner is also known, consisting of pairwise disposed nozzles of the primary air-fuel mixture and nozzles of secondary air directed tangentially to the central circle, and nozzles of secondary air relative to the direction of rotation of the torch in the furnace are installed behind the nozzles of the air mixture. A distinctive feature of such a burner is the location of the nozzles of the fuel-air mixture and nozzles of the secondary air in the projection on a horizontal plane so that their longitudinal axes converge in the furnace at an acute angle of not more than 45 about .
Недостатком такой горелки является быстрое смешение вторичного воздуха с топливно-воздушной смесью, в результате чего уже в ближайших к устью горелки сечениях горелочной струи, где еще не успела выделиться из угля основная часть азотсодержащих летучих веществ, концентрация кислорода (О2) становится высокой, что приводит к образованию больших концентраций окислов азота.The disadvantage of such a burner is the rapid mixing of the secondary air with the fuel-air mixture, as a result of which, in the sections of the burner stream closest to the mouth of the burner, where the main part of nitrogen-containing volatile substances has not yet been released from the coal, the oxygen concentration (O 2 ) becomes high, which leads to the formation of large concentrations of nitrogen oxides.
В настоящее время многочисленными отечественными и зарубежными исследованиями доказано, что при пылеугольном сжигании основная часть NOх образуется на участке выхода и горения летучих. Поэтому для снижения NOх необходимо на начальном участке горелочной струи протяженностью в несколько калибров создать зону с недостатком кислорода за счет задержки подмешивания вторичного воздуха к топливно-воздушной струе. При этом также повышается устойчивость воспламенения топлива, так как более позднее подмешивание вторичного воздуха способствует более быстрому прогреву топливно-воздушной смеси на начальном участке и ускорению выхода и сгорания летучих веществ.At present, numerous domestic and foreign studies have proved that during pulverized-coal burning, the bulk of NO x is formed at the site of the exit and combustion of volatiles. Therefore, to reduce NO x, it is necessary to create a zone with a lack of oxygen in the initial section of the burner jet with a length of several calibers due to the delay in mixing secondary air with the fuel-air jet. This also increases the stability of ignition of the fuel, since later mixing of the secondary air contributes to a faster heating of the fuel-air mixture in the initial section and accelerates the exit and combustion of volatile substances.
Целью изобретения является уменьшение образования окислов азота и повышение устойчивости воспламенения топливно-воздушной смеси. The aim of the invention is to reduce the formation of nitrogen oxides and increase the stability of ignition of the fuel-air mixture.
Для достижения указанной цели предлагаемая прямоточная горелка содержит вертикально-щелевое сопло топливно-воздушной смеси и расположенные по одну сторону от него внешнее и внутреннее сопла вторичного воздуха, последнее из которых установлено параллельно соплу топливно-воздушной смеси. Внутреннее и внешнее сопла на выходе из горелки установлены в горизонтальной плоскости, расходящимися под углом не менее 30о. Между указанными соплами выполнен простенок шириной не менее суммарной ширины сопла топливно-воздушной смеси и внутреннего сопла вторичного воздуха.To achieve this goal, the proposed direct-flow burner contains a vertically slotted nozzle of the fuel-air mixture and external and internal nozzles of secondary air located on one side of it, the last of which is installed parallel to the nozzle of the fuel-air mixture. The internal and external nozzles at the outlet of the burner are installed in a horizontal plane, diverging at an angle of at least 30 about . Between these nozzles, a wall is made with a width of at least the total width of the nozzle of the fuel-air mixture and the internal nozzle of the secondary air.
При сжигании жидкого, газообразного топлива или угольной пыли, подаваемой преимущественно с высокой концентрацией (30.80 кг.топлива/кг.воздуха) предлагаемая горелка содержит вертикально-щелевые сопла топливно-воздушной смеси с топливораздающим устройством на конце и внешние и внутренние сопла вторичного воздуха, установленные на выходе из горелки расходящимися в горизонтальной плоскости под углом равным не менее 30о. Между соплами вторичного воздуха выполнен простенок шириной не менее суммарной ширины сопла вторичного воздуха, при этом сопла топливно-воздушной смеси установлены на внутренних соплах вторичного воздуха.When burning liquid, gaseous fuel or coal dust supplied mainly with a high concentration (30.80 kg of fuel / kg of air), the proposed burner contains vertically slotted nozzles of the fuel-air mixture with a fuel distributing device at the end and external and internal secondary air nozzles installed at the exit of the burner diverging in the horizontal plane at an angle equal to at least 30 about . Between the secondary air nozzles, a wall is made with a width of not less than the total width of the secondary air nozzle, while the fuel-air mixture nozzles are mounted on the internal secondary air nozzles.
Предлагаемое выполнение сопл вторичного воздуха с расходящимися продольными осями и непроточным разрывом (простенком) между ними позволяет, как показали проведенные в Сибтехэнерго стендовые (модельные) исследования, задержать подмешивание наружной струи вторичного воздуха к основной горелочной струе на участке 5-6 калибров горелки. Здесь в качестве калибра принимается суммарная ширина параллельных сопл топливно-воздушной смеси и внутреннего вторичного воздуха. The proposed implementation of secondary air nozzles with diverging longitudinal axes and a non-flow gap (wall) between them allows, as shown by bench (model) studies conducted at Sibtehenergo, to delay the mixing of the external secondary air jet with the main burner stream in the area of 5-6 burner calibers. Here, the total width of the parallel nozzles of the fuel-air mixture and internal secondary air is taken as a caliber.
При меньших (по сравнению с предлагаемыми) углах расхождения продольных осей сопл вторичного воздуха и размерах простенка между ними вытекающие из горелки струи топливно-воздушной смеси и вторичного воздуха под влиянием создаваемого струями разрежения между ними смыкаются вблизи устья горелки. В результате эффект снижения концентраций кислорода, а следовательно, и окислов азота, оказывается незначительным. At smaller (compared to the proposed) angles of divergence of the longitudinal axes of the secondary air nozzles and the dimensions of the wall between them, the jets of the fuel-air mixture and secondary air flowing from the burner under the influence of the rarefaction created by the jets between them close near the mouth of the burner. As a result, the effect of decreasing oxygen concentrations, and hence nitrogen oxides, is negligible.
Наличие непроточного разрыва (простенка) между соплами вторичного воздуха способствует подсосу в межструйное пространство (снизу и сверху) высокотемпературных топочных газов, интенсифицирующих прогрев и воспламенение топливно-воздушной струи. Кроме того, приток этих газов уменьшает концентрацию кислорода на участке воспламенения, а это, в свою очередь, способствует снижению образования NOх.The presence of a non-flow rupture (wall) between the secondary air nozzles contributes to the suction into the inter-jet space (bottom and top) of high-temperature flue gases, which intensify the heating and ignition of the fuel-air jet. In addition, the influx of these gases reduces the oxygen concentration at the ignition site, and this, in turn, helps to reduce the formation of NO x .
При меньшей, по сравнению с предлагаемой, ширине простенка подсасываемые газы не доходят по высоте до середины горелки, и эффект прогрева и стабилизации воспламенения оказывается незначительным. With a smaller, compared to the proposed width of the wall, sucked-in gases do not reach a height in the middle of the burner, and the effect of heating and stabilization of ignition is negligible.
Соотношение выходных сечений внутреннего и наружного сопл вторичного воздуха принимается из условия, при котором суммарный расход воздуха в топливно-воздушной смеси и вторичного воздуха, проходящего по внутреннему соплу, обеспечивал бы избыток воздуха на выходе из горелки (α г) в диапазоне 0,6-0,8. При α г < 0,6 резко возрастают химический и механический недожог и образуются токсичные составляющие СО, канцерогены и др. При α г> 0,8 эффект снижения образования NOх за счет стадийности подачи окислителя (воздуха) становится существенно меньшим. Предлагаемый диапазон α г 0,6-0,8 принят из условий сжигания различных топлив с разным содержанием летучих и азота. С целью оптимизации режимов по NOх для конкретного топлива в каналах вторичного воздуха устанавливаются регулирующие клапаны, позволяющие перераспределять воздух между внутренним и наружным соплами.The ratio of the outlet cross sections of the inner and outer nozzles of the secondary air is taken from the condition that the total air flow rate in the fuel-air mixture and the secondary air passing through the inner nozzle would provide an excess of air at the outlet of the burner (α g ) in the range of 0.6- 0.8. When α g <0.6, the chemical and mechanical burns increase sharply and toxic components of CO, carcinogens, etc. are formed. When α g > 0.8, the effect of reducing the formation of NO x due to the staged supply of the oxidizing agent (air) becomes significantly less. The proposed range of α g 0.6-0.8 adopted from the conditions of combustion of various fuels with different contents of volatile and nitrogen. In order to optimize NO x modes for a specific fuel, control valves are installed in the secondary air channels to redistribute the air between the inner and outer nozzles.
На фиг. 1 показан горизонтальный разрез по оси горелки; на фиг.2 расположение горелок по сечению топки; на фиг.3 установка горелок по высоте топки (вид из топки); на фиг.4 горизонтальный разрез по оси горелки с раздельными подводами вторичного воздуха; на фиг.5 горизонтальный разрез по оси горелки для схем подачи угольной пыли с высокой концентрацией или для сжигания жидкого и газообразного топлива; на фиг.6 вид по стрелке Б на фиг.5. In FIG. 1 shows a horizontal section along the axis of the burner; figure 2 the location of the burners in the cross section of the furnace; figure 3 installation of the burners in the height of the furnace (view from the furnace); figure 4 is a horizontal section along the axis of the burner with separate supply of secondary air; figure 5 is a horizontal section along the axis of the burner for coal dust supply circuits with a high concentration or for burning liquid and gaseous fuels; in Fig.6 view along arrow B in Fig.5.
Горелка содержит сопло 1 для подачи топливно-воздушной смеси, внутреннее сопло 2 и наружное сопло 3 для подачи вторичного воздуха. Сопла 1 и 2 расположены параллельно друг другу, а сопло 3 под расходящимся углом, равным 30о и более. В выходном сечении горелки сопла 2 и 3 разделены простенком 4, ширина которого С составляет не менее суммарной ширины В сопл 1 и 2.The burner comprises a
Размеры и соотношение проходных сечений сопл 2 и 3 выбираются из условия, при котором избыток воздуха на выходе из сопл 1 и 2 составлял бы 0,6-0,8. The sizes and the ratio of the flow cross sections of the
Для перераспределения вторичного воздуха между соплами 2 и 3 в общем канале установлен регулирующий клапан 5. To redistribute the secondary air between the
Возможно конструктивное выполнение горелки (см. фиг.4) с раздельными подводами вторичного воздуха к внутреннему 2 и наружному 3 соплам с установкой индивидуальных регулирующих клапанов 5 в каждом канале после воздухоподводящих коробов 6. Perhaps a constructive implementation of the burner (see figure 4) with separate inlets of secondary air to the inner 2 and outer 3 nozzles with the installation of
В топочной камере 7 горелка установлена таким образом, чтобы продольные оси сопл 1 и 2 были направлены по касательным к условной окружности 8 в центре топки. При этом сопло 1 расположено со стороны потока набегающих топочных газов 9 от вращающегося факела, имеющего направление крутки, показанное стрелкой 10. In the
По высоте топки горелки могут быть установлены в один или несколько ярусов (см.фиг.3). According to the height of the furnace, the burners can be installed in one or several tiers (see Fig. 3).
В случае применения схем транспорта угольной пыли с высокой концентрацией (ПВК), например, по пылепроводу диаметром 70-100 мм или же при сжигании газа и жидкого топлива предлагаемая горелка может выполняться без сопла 1 (см. фиг. 5, 6). В этом случае для подвода пыли или мазута и газа в сопле 2 установлен трубопровод 14, на конце которого (на выходе из горелки) имеется топливораздающее устройство 15. В качестве такого устройства для угольной пыли служит рассекатель-стабилизатор, для жидкого топлива форсунка, для газа газораспределительная насадка. In the case of using coal dust transport schemes with a high concentration (PVC), for example, through a dust pipe with a diameter of 70-100 mm or when burning gas and liquid fuel, the proposed burner can be performed without nozzle 1 (see Fig. 5, 6). In this case, for supplying dust or fuel oil and gas, a
Предлагаемая горелка работает следующим образом. The proposed burner operates as follows.
Подготовленная для сжигания топливно-воздушная (угольная) смесь подается в топку через сопло 1 с постоянной скоростью на выходе из горелки (14-20 м/с). The fuel-air (coal) mixture prepared for combustion is fed into the furnace through the
Вторичный воздух подводится к горелке через один общий или два раздельных патрубка 6, после которых большая часть воздуха проходит через сопло 2, а остальная доля его отводится в топку через сопло 3. Перераспределение расхода вторичного воздуха между соплами 2 и 3 осуществляется с помощью регулирующих клапанов 5. Secondary air is supplied to the burner through one common or two
Скорость истечения вторичного воздуха в топку 30-50 м/с. The velocity of the outflow of secondary air into the furnace 30-50 m / s.
В случае транспортировки угольной пыли по трубопроводу высокой концентрации или же при сжигании мазута или газа топливо может подаваться через сопло 2 и распыливаться с помощью топливораздающего устройства 15. In the case of transportation of coal dust through a pipeline of high concentration or when burning fuel oil or gas, fuel can be supplied through the
При выходе топливно-воздушной смеси 11 в топку со стороны набегающего потока горящего факела происходит быстрый прогрев топлива и его воспламенение. Быстрый прогрев топливно-воздушной струи в предлагаемой горелке происходит за счет подмешивания к корню струи горячих топочных газов, притекающих как с внешней стороны (поток 9), так и через межструйное пространство в зоне 12 (см.фиг.2). When the fuel-
При прогреве пылевидного топлива из него выделяются летучие вещества в виде газообразных составляющих, в состав которых входят и азотсодержащие соединения. When the pulverized fuel is heated, volatile substances are released from it in the form of gaseous components, which also include nitrogen-containing compounds.
В начале процесса сгорания азотсодержащие соединения разлагаются с образованием активного азота, который в дальнейшем участвует в реакциях образования и разложения NOх.At the beginning of the combustion process, nitrogen-containing compounds decompose to form active nitrogen, which subsequently participates in the formation and decomposition of NO x .
N + O2 
N + NO 
Конечный выход топливных окислов азота определяется динамическим равновесием образования и разложения NO. Учитывая, что константы скоростей реакций и образования (К1) и разложения (К2) зависят от температуры, можно считать, и это доказано многими опытами, что температура оказывает существенно меньшее влияние на конечный выход топливных NOх, чем концентрация кислорода.N + O 2
N + NO
The final yield of fuel nitrogen oxides is determined by the dynamic equilibrium of the formation and decomposition of NO. Considering that the rate constants of the reactions and the formation of (K 1 ) and decomposition (K 2 ) depend on temperature, we can assume, and this has been proved by many experiments, that temperature has a significantly smaller effect on the final yield of fuel NO x than the oxygen concentration.
Поскольку в предлагаемой конструкции горелки воспламенение и сгорание топлива на начальном участке факела происходит при недостатке кислорода, то и образование окислов азота в такой системе замедляется. В дальнейшем, когда основная часть летучих выделилась и сгорела с неполным окислением на некотором расстоянии (сечение 1-1 на удалении 5-6 калибров от горелки) к горелочной струе подмешивается воздух со струей 13, истекающей из наружного сопла 3, который способствует дожиганию летучих и экономичному сгоранию кокса. Since in the proposed burner design the ignition and combustion of fuel in the initial section of the flame occurs with a lack of oxygen, the formation of nitrogen oxides in such a system slows down. Later, when the main part of the volatiles was released and burned with incomplete oxidation at a certain distance (section 1-1 at a distance of 5-6 calibers from the burner), air with the
Помимо основного эффекта подача части воздуха через сопло 3 со стороны близлежащей стены топки позволяет создать вблизи экранов окислительную газовую среду и уменьшить интенсивность шлакования и высокотемпературной коррозии. In addition to the main effect, the supply of part of the air through the
В настоящее время Барнаульским и Подольским котельными заводами совместно с Сибтехэнерго разработаны проекты реконструкции котлов П-57, Е-500, ПК-10 и других, в которых с целью снижения выбросов NOх, в качестве горелочного устройства используется предлагаемая горелка.Currently, the Barnaul and Podolsky boiler plants, together with Sibtehenergo, have developed reconstruction projects for P-57, E-500, PK-10 and other boilers, in which the proposed burner is used as a burner in order to reduce NO x emissions.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5046970 RU2055268C1 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Straight-through burner with low yield of nitrogen oxides (versions) and fuel burning method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5046970 RU2055268C1 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Straight-through burner with low yield of nitrogen oxides (versions) and fuel burning method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2055268C1 true RU2055268C1 (en) | 1996-02-27 |
Family
ID=21606651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5046970 RU2055268C1 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Straight-through burner with low yield of nitrogen oxides (versions) and fuel burning method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2055268C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446351C2 (en) * | 2008-01-08 | 2012-03-27 | Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. | Burner design |
| RU2451879C2 (en) * | 2009-01-19 | 2012-05-27 | Алексей Михайлович Бондарев | Burner for high-concentration dust |
-
1992
- 1992-03-31 RU SU5046970 patent/RU2055268C1/en active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| SU, авторское свидетельство N 486187, кл. F 23D 1/06, 1975. * |
| SU, авторское свидетельство, N 909425, кл. F 23D 1,06, 1980. * |
| SU, патент, N 146577, кл. F 23B 1/10, 1972. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446351C2 (en) * | 2008-01-08 | 2012-03-27 | Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. | Burner design |
| US8561554B2 (en) | 2008-01-08 | 2013-10-22 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Burner structure |
| RU2451879C2 (en) * | 2009-01-19 | 2012-05-27 | Алексей Михайлович Бондарев | Burner for high-concentration dust |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9822967B2 (en) | Apparatus for burning pulverized solid fuels with oxygen | |
| US9995483B2 (en) | Burner with oxygen and fuel mixing apparatus | |
| US5158445A (en) | Ultra-low pollutant emission combustion method and apparatus | |
| US5199355A (en) | Low nox short flame burner | |
| US4807541A (en) | Apparatus for low concentration NOx combustion | |
| US5013236A (en) | Ultra-low pollutant emission combustion process and apparatus | |
| US6699031B2 (en) | NOx reduction in combustion with concentrated coal streams and oxygen injection | |
| US5799594A (en) | Method and apparatus for reducing nitrogen oxide emissions from burning pulverized fuel | |
| BG60359B2 (en) | Group concentric tangential firing system and method for its operation | |
| DK165138B (en) | BURNER FOR COMBUSTION OF LIQUID OR GASFUL FUEL | |
| US7367798B2 (en) | Tunneled multi-swirler for liquid fuel atomization | |
| JP3239142B2 (en) | Method of controlling radial stratified flame center burner | |
| RU2055268C1 (en) | Straight-through burner with low yield of nitrogen oxides (versions) and fuel burning method | |
| EP0913639A2 (en) | Apparatus and method for burning combustible gases | |
| US20230213185A1 (en) | Combustion system for a boiler with fuel stream distribution means in a burner and method of combustion | |
| NL1033460C2 (en) | Method and burner for stepped combustion and device provided with one or more of such burners. | |
| EP2863123B1 (en) | Method of low-emission incineration of low and mean calorific value gases containing NH3, HCN, C5H5N, and other nitrogen-containing compounds in combustion chambers of industrial power equipment, and the system for practicing the method | |
| CZ53897A3 (en) | Process of restricting content of nitrogen oxides in combustion products of industrial boiler and a burner for making the same | |
| JP6270468B2 (en) | Heavy oil-fired boiler combustion method and heavy oil-fired boiler | |
| JP2619973B2 (en) | Ultra low pollutant emission combustion method and equipment | |
| RU2053442C1 (en) | Swirl-type pulverized-fuel burner with low emission of nitrogen oxides | |
| RU2050509C1 (en) | Method to burn fuel and a burner to implement the same | |
| RU2042085C1 (en) | Burner device mixer | |
| KR101311008B1 (en) | Burner with center air jet | |
| RU1802265C (en) | Pulverized-coal burner |