RU2779686C1 - Устройство для сжигания аммиака - Google Patents

Устройство для сжигания аммиака Download PDF

Info

Publication number
RU2779686C1
RU2779686C1 RU2021138240A RU2021138240A RU2779686C1 RU 2779686 C1 RU2779686 C1 RU 2779686C1 RU 2021138240 A RU2021138240 A RU 2021138240A RU 2021138240 A RU2021138240 A RU 2021138240A RU 2779686 C1 RU2779686 C1 RU 2779686C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion chamber
annular channel
cylindrical
ammonia
outlet
Prior art date
Application number
RU2021138240A
Other languages
English (en)
Inventor
Олег Федорович Бризицкий
Валерий Яковлевич Терентьев
Юрий Васильевич Морозов
Лев Николаевич Хробостов
Сергей Владимирович Филимонов
Original Assignee
Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом")
Priority to PCT/RU2021/000598 priority Critical patent/WO2023121501A1/ru
Priority to KR1020247018293A priority patent/KR20240104140A/ko
Priority to CN202180105157.9A priority patent/CN118435003A/zh
Application granted granted Critical
Publication of RU2779686C1 publication Critical patent/RU2779686C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области химического машиностроения, а именно к устройству для сжигания аммиака, которое может быть использовано в теплотехнических устройствах для получения тепла и в устройствах разложения аммиака на азотоводородную смесь. Устройство для сжигания аммиака содержит цилиндрическую камеру сгорания, устройство для подачи воздушно-аммиачной смеси, включающее в себя, по крайней мере, один основной кольцевой канал для ее подвода, на выходе которого установлен тангенциальный завихритель, искровую свечу, установленную в цилиндрической камере сгорания, кольцевой канал для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью. Устройство дополнительно снабжено аксиальным завихрителем, датчиком пламени, каталитическим блоком, кольцевым каналом для подачи вторичного воздуха и стабилизатором пламени, а также цилиндрическим корпусом, внутри которого и соосно ему расположена цилиндрическая камера сгорания, кольцевой канал для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью расположен между входом в цилиндрическую камеру сгорания основного кольцевого канала с тангенциальным завихрителем и кольцевым каналом подачи вторичного воздуха, кольцевой канал для подачи вторичного воздуха выполнен в межтрубном пространстве, на выходе которого установлен аксиальный завихритель. На цилиндрических боковых поверхностях корпуса и камеры сгорания выполнено не менее одного сквозного отверстия для установки искровой свечи, цилиндрическая камера сгорания выполнена охлаждаемой, а на ее выходе установлен каталитический блок. Техническим результатом является повышение экологических параметров горелки, надежность ее работы и безопасность. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области химического машиностроения, а именно к устройству для сжигания аммиака, которое может быть использовано в теплотехнических устройствах для получения тепла и в устройствах разложения аммиака на азотоводородную смесь.
В течении многих лет ископаемое углеводородное сырье, прежде всего нефть и природный газ, использовались в качестве основного топлива для различных устройств сжигания в энергетике и теплотехнике. Однако ресурсы ископаемого топлива не бесконечны, а образующиеся при сжигании углеводородного сырья продукты сгорания содержат углекислый газ в количествах, угрожающих экологии, прежде всего, как фактор глобального потепления. Поэтому существует потребность в поиске альтернативного углеводородам топливе, изготавливаемого из возобновляемых источников и не выделяющего при его использовании углекислого газа.
Таким топливом, к тому же обладающим высоким качеством сжигания, при котором образуются только пары воды, до недавнего времени, считался водород. Однако при крупномасштабном применении водорода вместо углеводородного сырья возникают вопросы экономической целесообразности такой замены, связанной прежде всего с низкой энергоплотностью водорода. Учитывая изложенное, считается, что взамен углеводородного сырья целесообразней использовать водород не в чистом виде, а в химически связанном виде - в виде жидкого аммиака, который может храниться в жидком виде при небольших давлениях и комнатной температуре или при атмосферном давлении и температуре минус 33°С.
Однако аммиак является трудновоспламеняемым топливом и в отличие от чистого водорода требует применения технических решений, направленных на обеспечение его качественного сжигания.
Это обусловлено низкой температурой пламени аммиака (1955°К, для бензина 2336°К), низкой скоростью сгорания, высокой температурой воспламенения аммиачно-воздушных смесей.
Одним из самых распространенных решений по сжиганию аммиака является применение вихревых горелок, в которых обеспечивается качественное приготовление аммиачно-воздушных смесей за счет интенсивного перемешивания этих компонентов. Примерами таких технических решений могут быть заявки на изобретения: JP 2018155412 от 10.04.2018 г. «Устройство сгорания топлива и способ его осуществления», JP 2020186843 от 13.05.2019 «Устройство сгорания»; JP 2016130619 от 15.01.2015 г «Устройство сгорания топлива с низкими свойствами сгорания».
Однако анализ приведенных выше технических решений показал, что они обеспечивают качественное сжигание с минимальным количеством в отработанных газах, кроме азота и паров воды, еще окислов азота и остатков паров аммиака. Исследования в этом направлении, учитывая важность проблемы, ведутся повсеместно ведущими международными фирмами.
Известно «Устройство для сжигания аммиака» заявка Японии 20180022676 от 13.02.2018 г., опубликована как заявка №JP2019138565 от 22 августа 2019 г. Устройство для сжигания топлива содержит цилиндр сгорания, топливный инжектор для подачи смешанного газа в виде закрученного воздушного потока, воспламенитель, расположенный в месте, где смешанный газ остается в цилиндре сгорания. Первым топливом является аммиак, а вторым горючее. Устройство для сжигания дополнительно содержит смеситель, выполняющий функцию смешивания.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа. Недостатком известного устройства является узкий диапазон работы и малый ресурс из-за перегрева боковых стенок горелки.
Решаемой технической проблемой является создание устройства для сжигания аммиака с большим диапазоном регулирования и большим ресурсом работы.
Достигаемым техническим результатом является повышение экологических параметров горелки, надежность ее работы и безопасность.
Технический результат достигается тем, что устройство для сжигания аммиака, содержащее цилиндрическую камеру сгорания, устройство для подачи воздушно-аммиачной смеси, включающее в себя, по крайней мере, один основной кольцевой канал для ее подвода, на выходе которого установлен тангенциальный завихритель, искровую свечу, установленную в цилиндрической камере сгорания, кольцевой канал для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью, согласно заявляемому изобретению оно дополнительно снабжено аксиальным завихрителем, датчиком пламени, каталитическим блоком, кольцевым каналом для подачи вторичного воздуха и стабилизатором пламени, а также цилиндрическим корпусом, внутри которого и соосно ему расположена цилиндрическая камера сгорания, кольцевой канал для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью расположен между входом в цилиндрическую камеру сгорания основного кольцевого канала с тангенциальным завихрителем и кольцевым каналом подачи вторичного воздуха, кольцевой канал для подачи вторичного воздуха выполнен в межтрубном пространстве, на выходе которого установлен аксиальный завихритель, при этом на цилиндрических боковых поверхностях корпуса и камеры сгорания выполнено не менее одного сквозного отверстия для установки искровой свечи, цилиндрическая камера сгорания выполнена охлаждаемой, а на ее выходе установлен каталитический блок.
Преимущественно датчик пламени выполняется в виде термопары, а также может быть установлен по оси устройства.
На выходе кольцевого канала для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью могут быть выполнены осевые сопла, а в качестве вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью может быть использовано Н2, и/или СН4, и/или C3H8.
Каталитический блок может содержать огнепреградительную пластину, совмещенную с сетчатым блоком с катализатором, а в качестве активного вещества может содержать платину и палладий.
Преимущественно искровая свеча установлена с возможностью охлаждения воздушно-аммиачной смесью.
Вторичный воздух преимущественно подается в устройство в объеме не более 50% от объема первичного воздуха.
Так же вспомогательное топливо с повышенной воспламеняемостью может подаваться в объеме 5-15% от объема воздушно-аммиачной смеси.
На фиг. 1 - представлена конструкция заявленного устройства для сжигания аммиака, продольный разрез; на фиг. 2 - поперечный разрез по плоскости А-А.
Устройство для сжигания аммиака содержит цилиндрическую камеру 1 сгорания, устройство для подачи воздушно-аммиачной смеси, включающее в себя, по крайней мере, один основной кольцевой канал 2 для ее подвода, на выходе которого установлен тангенциальный завихритель 3, а также искровую свечу 4, установленную в цилиндрической камере 1 сгорания и кольцевой канал 5 для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью. Устройство для сжигания аммиака дополнительно снабжено аксиальным завихрителем 6, датчиком 7 пламени, каталитическим блоком 8, кольцевым каналом 9 для подачи вторичного воздуха и стабилизатором 10 пламени, а также цилиндрическим корпусом 11, внутри которого и соосно ему расположена цилиндрическая камера 1 сгорания, кольцевой канал 5 для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью расположен между входом в цилиндрическую камеру 1 сгорания основного кольцевого канала 2 с тангенциальным завихрителем 3 и кольцевым каналом 9 для подачи вторичного воздуха, кольцевой канал 9 для подачи вторичного воздуха выполнен в межтрубном пространстве между цилиндрами 12 и 13. На выходе кольцевого канала 9 для подачи вторичного воздуха установлен аксиальный завихритель 6, при этом на цилиндрических боковых поверхностях корпуса 11 и камеры 1 сгорания выполнено не менее одного сквозного отверстия для установки искровой свечи 4. Цилиндрическая камера 1 сгорания выполнена охлаждаемой, а на ее выходе установлен каталитический блок 8.
Датчик пламени 7 выполнен в виде термопары и установлен по оси устройства.
На выходе кольцевого канала 5 для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью выполнены осевые сопла 14, при этом в качестве вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью использовано Н2 и/или СН4 и/или С3Н8.
Каталитический блок 8 состоит из огнепреградительной пластины, которая совмещена с сетчатым блоком с катализатором. Сетки выполнены из жаростойкого материала в виде нержавеющей стали или нихрома. На сетчатом блоке размещен катализатор дожига, который выполнен из платины и палладия. Установленная в цилиндрической камере 1 сгорания искровая свеча имеет возможность охлаждения воздушно-аммиачной смесью. Вторичный воздух подается в устройство в объеме не более 50% от объема первичного воздуха, а вспомогательное топливо с повышенной воспламеняемостью подается в объеме 5-15% от объема воздушно-аммиачной смеси. Устройство работает следующим образом.
При запуске аммиачно-воздушная смесь подается через штуцер 15 в основной кольцевой канал 2 и выходит в цилиндрическую камеру сгорания 1, одновременно на искровую свечу 4 подается напряжение. При необходимости или потребности в цилиндрическую камеру сгорания 1 через штуцер 16 подается вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью, которое попадает в цилиндрическую камеру сгорания 1 через осевые сопла 14. Установленный по оси устройства датчик 7 пламени фиксирует наличие поджига в устройстве. Путем регулирования подачей воздушно-аммиачной смеси, вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью и вторичного воздуха обеспечивается поджиг и регулировка режимов работы устройства по сжиганию аммиака.
Газовая аммиачно-воздушная смесь перед поступлением в тангенциальный завихритель 3 проходит через основной кольцевой канал 2, где дополнительно перемешивается и нагревается, что способствует увеличению скорости и полноты сгорания аммиака и приводит к снижению выбросов NOx и NH3. Одновременно внутренний цилиндр 17 и корпус искровой свечи 4 охлаждаются, что обеспечивает увеличение ресурса устройства для сжигания аммиака. На внутреннем цилиндре 17 устройства расположен стабилизатор 10 пламени выполненный в виде шайбы, который создает зону рециркуляции продуктов сгорания и способствует увеличению времени сжигания топлива и как следствие, к увеличению полноты сгорания. В отличие от устройств сжигания углеводородного сырья, где искровые свечи зажигания располагаются в основном вблизи поступления топливо-воздушной смеси на торцевой поверхности, в заявленном устройстве, по меньшей мере, одна свеча зажигания расположена на боковой поверхности, что обеспечивает более стабильный поджиг и возможность устанавливать свечу или несколько свечей зажигания на разных высотах. При отсутствии в продуктах сгорания аммиачно-воздушных смесей сажи, такое решение позволяет обеспечивать длительный режим работы свечи. Большая площадь цилиндрической камера 1 сгорания позволяет, при необходимости, устанавливать несколько свечей, как по окружности цилиндрической камеры 1 сгорания, так и по ее высоте, что также способствует повышению надежности поджига аммиачно-воздушных смесей.
Обеспечение качественного и полного сгорания аммиачно-воздушных смесей требует, кроме полного и равномерного смешивания аммиака с воздухом и его поджига, также длительного процесса горения. Для выполнения этого требования во внутренний цилиндр 17 устанавливается стабилизатор 10 пламени в виде шайбы, что обеспечивает завихрение продуктов горения и увеличивает время пребывания продуктов горения в камере сгорания. Продуктами полного сгорания аммиачно-воздушных смесей являются N2 и H2O, а неполного сгорания - NOx и остатки NH3. Для полного устранения продуктов горения необходимо свести к минимуму содержание в них NOx и NH3. Для выполнения этого требования предлагается на выходе продуктов горения установить каталитический блок 8, содержащий как сетки из жаростойкого материала в виде нержавеющей стали или нихрома и размещенный на сетке катализатор дожига. Предлагаемое изобретение является техническим решением, направленным на решение проблемы качественного сжигания аммиака. Изобретение обеспечивает стабильное, надежное экологически чистое сжигание аммиака, повышение ресурса работы устройства и безопасности.

Claims (10)

1. Устройство для сжигания аммиака, содержащее цилиндрическую камеру сгорания, устройство для подачи воздушно-аммиачной смеси, включающее в себя, по крайней мере, один основной кольцевой канал для ее подвода, на выходе которого установлен тангенциальный завихритель, искровую свечу, установленную в цилиндрической камере сгорания, кольцевой канал для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено аксиальным завихрителем, датчиком пламени, каталитическим блоком, кольцевым каналом для подачи вторичного воздуха и стабилизатором пламени, а также цилиндрическим корпусом, внутри которого и соосно ему расположена цилиндрическая камера сгорания, кольцевой канал для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью расположен между входом в цилиндрическую камеру сгорания основного кольцевого канала с тангенциальным завихрителем и кольцевым каналом подачи вторичного воздуха, кольцевой канал для подачи вторичного воздуха выполнен в межтрубном пространстве, на выходе которого установлен аксиальный завихритель, при этом на цилиндрических боковых поверхностях корпуса и камеры сгорания выполнено не менее одного сквозного отверстия для установки искровой свечи, цилиндрическая камера сгорания выполнена охлаждаемой, а на ее выходе установлен каталитический блок.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик пламени выполнен в виде термопары.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик пламени установлен по оси устройства.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на выходе кольцевого канала для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью выполнены осевые сопла.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью использовано Н2, и/или СН4, и/или С3Н8.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каталитический блок содержит огнепреградительную пластину, совмещенную с сетчатым блоком с катализатором.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каталитический блок в качестве активного вещества содержит платину и палладий.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что искровая свеча установлена с возможностью охлаждения воздушно-аммиачной смесью.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вторичный воздух подается в устройство в объеме не более 50% от объема первичного воздуха.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вспомогательное топливо с повышенной воспламеняемостью подается в объеме 5-15% от объема воздушно-аммиачной смеси.
RU2021138240A 2021-12-22 2021-12-22 Устройство для сжигания аммиака RU2779686C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2021/000598 WO2023121501A1 (ru) 2021-12-22 2021-12-27 Устройство для сжигания аммиака
KR1020247018293A KR20240104140A (ko) 2021-12-22 2021-12-27 암모니아 연소 장치
CN202180105157.9A CN118435003A (zh) 2021-12-22 2021-12-27 氨燃烧装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779686C1 true RU2779686C1 (ru) 2022-09-12

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU126094U1 (ru) * 2012-10-04 2013-03-20 Открытое акционерное общество "Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения" (ОАО "ИркутскНИИхиммаш") Установка сжигания аммиака
WO2019159921A1 (ja) * 2018-02-13 2019-08-22 株式会社セイブ・ザ・プラネット 燃料の燃焼装置及び燃焼方法
CN110440251B (zh) * 2019-08-12 2020-07-03 厦门大学 一种氨燃烧的控制方法以及氨燃烧装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU126094U1 (ru) * 2012-10-04 2013-03-20 Открытое акционерное общество "Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения" (ОАО "ИркутскНИИхиммаш") Установка сжигания аммиака
WO2019159921A1 (ja) * 2018-02-13 2019-08-22 株式会社セイブ・ザ・プラネット 燃料の燃焼装置及び燃焼方法
CN110440251B (zh) * 2019-08-12 2020-07-03 厦门大学 一种氨燃烧的控制方法以及氨燃烧装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0677707A1 (en) Catalytic gas turbine combustor
CN113048469A (zh) 基于熔盐储能的等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉
RU2535308C2 (ru) Способ организации рабочего процесса газового поршневого двигателя с искровым зажиганием
EP0611433A1 (en) LOW NO x COMBUSTION? PILOT LIGHTS WITH REDUCED NOx EMISSIONS.
KR0148195B1 (ko) 내연 동력원으로 부터 산화질소 이미션을 감소시키기 위한 장치 및 방법
CN102777898A (zh) 一种生物液体燃料专用气化燃烧器及燃烧方法
WO1996036680A1 (en) Underoxidized burner utilizing improved injectors
US3954423A (en) Quick start device for reformed-gas generators
RU2779686C1 (ru) Устройство для сжигания аммиака
RU185654U1 (ru) Установка для получения и сжигания синтез-газа
RU81786U1 (ru) Устройство для подачи топлива в топку
WO2023121501A1 (ru) Устройство для сжигания аммиака
EP4455554A1 (en) Device for combusting ammonia
KR20120011368A (ko) 브라운 가스를 이용한 voc 연소장치와 이를 이용한 배기가스 정화장치 및 이를 구비한 선박
US5216968A (en) Method of stabilizing a combustion process
JPH1121572A (ja) 化石燃料の燃焼方法及び燃焼装置
RU2374560C1 (ru) Запальное устройство
Song et al. Industrial applications of rotating gliding arc plasma
EP0698655A1 (en) Method and apparatus for generating fuel gas
CN219083064U (zh) 介质阻挡等离子体氨燃烧器和煤粉掺氨燃烧系统
RU111258U1 (ru) Горелка для сжигания пылевидного топлива
RU2740240C1 (ru) Горелка вихревая противоточная
CN221122202U (zh) 一种燃油核能化学能等离子体重整复合燃烧器
CN117387072A (zh) 一种氨能爆震燃烧器及系统
Khanal Applications of lean combustion to reduce emissions