SU1726897A1

SU1726897A1 - Способ сжигани топлива

Info

Publication number: SU1726897A1
Application number: SU904813349A
Authority: SU
Inventors: Олег Владимирович Морозов; Юрий Моисеевич Усман
Original assignee: Всесоюзный Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1992-04-15

Abstract

Изобретение относитс к теплоэнергетике и может быть использовано при сжигании топлива в топках котлов. Цель изобретени - снижение образовани оксидов азота путем замедлени скорости процесса окислени топлива. Сжигание топлива осуществл етс при многоступенчатой подаче воздуха на горение с обеспечением недожога по меньшей мере на первой ступени и с полным дожиганием на последней ступени. Полученные продукты недожога перед подачей их в каждую последующую ступень охлаждают до минимальной температуры , обеспечивающей их устойчивое воспламенение , а врем пребывани продуктов недожога в каждой последующей ступени устанавливают не меньше, чем в предыдущей . 1 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс к теплоэнергетике , в частности к котельной технике, и может быть использовано при сжигании топлива в топках котлов.

Известен способ нестехиометрического сжигани топлива, согласно которому топливо , воздух или оба одновременно перераспредел ютс по русам горелок таким образом, чтобы создать по высоте факела зоны с недостатком окислител , где происходит восстановление образовавшихс оксидов азота, и с избытком окислител , где происходит дожигание продуктов неполного сгорани .

Однако известный способ характеризуетс недостаточным снижением выбросов оксидов азота (на 15-25%) и ухудшением

экономичности сжигани . Это объ сн етс тем, что поскольку весь процесс горени протекает в одной камере сгорани , то невозможно осуществить значительного перераспределени по русам указанных компонентов сжигани при обеспечении полного выгорани топлива без существенного увеличени габаритов камеры.

Наиболее близким техническим решением , прин тым в качестве прототипа, вл етс способ сжигани топлива, включающий многоступенчатую подачу воздуха на горение с обеспечением недожога на первой ступени и с полным дожиганием на последней ступени. В данном случае все топливо подаетс в начале камеры сгорани , а воздух постепенно подмешиваетс по длине факела.

Данное техническое решение имеет следующие недостатки. Практика эксплуатации котлов и газовых турбин показывает, что ступенчатое сжигание топлива позвол ет снизить выбросы оксидов азота на 40- 50%. Более глубокое снижение выбросов не осуществимо по двум причинам. Во-первых, при конструировании, изготовлении и монтаже камер сгорани не удаетс получить их достаточной длины, чтобы обеспечить размеры зон, необходимые дл восстановлени оксидов азота, и полное выгорание топлива. Во-вторых, из восстановительной зоны в зону догорани поступают раскаленные газы, в результате чего по всей длине факела поддерживаетс высока температура горени , что, в свою очередь, приводит к образованию большого количества оксидов азота.

Целью изобретени вл етс снижение образовани оксидов азота путем замедлени скорости процесса окислени топлива .

Поставленна цель достигаетс тем, что при сжигании топлива, включающем многоступенчатую подачу воздуха на горение с обеспечением недожога по меньшей мере на первой ступени и с полным дожиганием на последней ступени, полученные продукты недожога перед подачей их в каждую последующую ступень охлаждают до минимальной температуры, обеспечивающей их устойчивое воспламенение, а врем пребывани продуктов недожога в.каждой последующей ступени устанавливают не меньшим, чем в предыдущей.

Причинно-следственна св зь между отличительными признаками и целью заключаетс в следующем. При горении топлива с недостатком окислител образовавшиес оксиды азота восстанавливаютс продуктами неполного сгорани до азота.

Охлаждение продуктов недожога перед подачей их в каждую последующую ступень до минимальной температуры, обеспечивающей их устойчивое там воспламенение, ведет к снижению температуры горени и максимально замедл ет процесс окислени топлива в соответствии с законом Ар- рениуса, что приводит к снижению скорости окислени азота, При этом увеличение времени пребывани продуктов недожога в каждой последующей ступени позвол ет полностью использовать поданный в каждую ступень окислитель при максимально возможном восстановлении образовавшихс оксидов азота и полном выгорании топлива на последней ступени, что в целом позвол ет обеспечить поставленную в предлагаемом техническом решении цель - снижение концентрации оксидов азота в уход щих газах.

На чертеже схематически представлена установка дл реализации предлагаемого

способа.

Установка включает в себ топочную камеру 1 первой ступени, содержащую горе- лочные устройства 2, подсоединенные к трубопроводу 3 подвода топлива и воздуш0 ному коробу 4, топочную камеру 5 второй ступени, содержащую горелочные устройства б, подключенные к газоходу 7 первой ступени и воздушному коробу 8, охлаждающие поверхности 9, установленные на выхо5 де из камер горени обеих ступеней и дымосос 10, расположенный за охлаждающей поверхностью 9 второй ступени.

Способ осуществл етс следующим образом .

0 Все топливо (100%) и половина (50%), необходимого дл его сгорани воздуха, поступает соответственно по трубопроводу 3 и воздушному коробу 4 в тарелочное устройство 2, а затеМ в топочную камеру 1 первой

5 ступени, в которой осуществл етс сгорание половины (50%) всего топлива. Образовавшиес в этой камере оксиды азота восстанавливаютс полученными продуктами неполного сжигани топлива. Дымовые

0 газы, содержащие 50% несгоревшего топлива в виде продуктов его недожога или газификации, проход т через охлаждающие поверхности 9 первой ступени и охлаждаютс до минимальной температуры, обеспечи5 вающей их устойчивое воспламенение в топочной камере 5 второй ступени и составл ющей приблизительно 300-500°С в зависимости от вида сжигаемого топлива и его состава.

0 Температура воспламенени зависит от физико-химических свойств топлива, в частности газа, а также от р да внешних условий , ускор ющих или замедл ющих процесс, например условий теплоотдачи и

5 т. д. Практически за температуру воспламенени берут самую низкую температуру, при которой начинаетс быстрое сгорание газовой смеси. Дл газовых смесей различного состава температуру воспламенени

0 определ ют экспериментально.

После охлаждени в первой ступени продукты недожога проход т газоход 7 и поступают через горелочные устройства 6 в топочную камеру 5 второй ступени. Туда же из воздушного короба 8 подаетс остальной воздух (50%), необходимый дл выгорани топлива. Поскольку горение в камере 5 происходит при значительной балластировке продуктов недожога, к тому же максимально охлаждаемых, адиабатичеека температура их горени очень низка , в результате чего замедл етс процесс окислени азота, что а значительной степени снижает образование оксидов азота.

Вместе с тем, температура продуктов недожога достаточна дл устойчивого и эффективного их выгорани во второй ступени . Образовавшиес после полного сжигани в топочной камере 5 второй ступени дымовые газы проход т через охлаж- дающие поверхности 9 указанной ступени, где охлаждаютс до требуемой температуры и дымососом 10 сбрасываютс в атмосферу . Расчетные и экспериментальные данные показали, .что полное выгорание топлива в камере 5 второй ступени и восстановление образовавшихс оксидов азота в топочной камере 1 первой ступени достигаетс при соотношении времени пребывани продуктов сгорани во второй и в первой камерах не менее 1,33. Поэтому объем топочной камеры 5 второй ступени должен превышать объем топочной камеры 1 первой ступени на 20-30%,

Использование предлагаемого способа сжигани топлива обеспечивает по сравнению с существующими способами снижение общего содержани оксидов азота в дымовых газах установки в 4-6 раз или на 75-80%.

Пример. Стенд дл исследовани сжигани природного газа состоит из двух камер длиной до 6 м. Дл отбора проб продуктов сгорани стенки камер оборудованы лючками. Внутреннее сечение камер 1500x700 мм. На входе в камеры установлены горелки. На выходе из первой камеры установлены змеевики охладител .

Процесс сжигани природного газа осуществл етс при подаче всего топлива и 50% воздуха в горелки первой камеры, а в горелки второй камеры - остальной воздух

и продукты недожога из первой камеры. Во второй камере устойчивое горение наблюдаетс при температуре продуктов недожога перед ней не ниже 350°С. Кроме того, выгорание топлива и минимальна концентраци оксидов азота в первой камере были зафиксированы на рассто нии 3 м по длине камеры, а во второй камере - около 4 м. Таким образом, дл осуществлени эффективного сжигани топлива при достижении минимальных концентраций оксидов азота врем пребывани продуктов сгорани во второй камере должно быть в 1,33 раза больше, чем в первой камере.

Содержание оксидов азота в уход щих газах при сжигании природного газа на стендовой установке с применением предлагаемого способа составило 50-70 мг/м . При этом, если продукты неполного сгорани топлива первой камеры не охлаждались , содержание оксидов азота в дымовых газах составило 260-300 мг/м3, т. е. концентраци оксидов азота в уход щих газах снизилась в 5 раз.

Claims

Формула изобретени Способ сжигани топлива путем многоступенчатой подачи воздуха на горение с обеспечением недожога по меньшей мере на первой ступени, охлаждени в активной зоне горени образовавшихс продуктов недожога и полного их дожигани на последней ступени, отличающийс тем, что, с целью снижени образовани оксидов азота путем замедлени скорости процесса окислени топлива, полученные продукты недожога непосредственно перед подачей их в каждую последующую ступень дополнительно охлаждают до температуры их воспламенени , а врем пребывани продуктов недожога в каждой последующей ступени устанавливают не меньшим, чем в предыдущей.