Способ сжигания топлива

 

Изобретение может быть использовано в различных топливосжигающих устройствах при использовании газообразных топлив. Цель изобертения - снижение уровней выбросов оксидов азота и канцерогенных веществ с продуктами сгорания при обеспечении высокой полноты сгорания топлива. Способ заключается в подаче метансодержащего газа и воздуха в камеру сгорания и отводе продуктов продуктов сгорания, причем метансодержащий газ подают на сжигание в воде гомогенной предварительно перемешанной смеси с 5-10 мас.% водорода , а процесс сжигания ведут при коэффициенте избытка воздуха 1,6 - 2,0. Изобретение обеспечивает снижение уровней выбросов канцерогенных веществ до 0,47 - 0,10 об. %, снижение уровня выбросов оксида азота до 0,40 - 0,31 об.% при обеспечении высокой полноты сгорания топлива (г/г 0,99). 3 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 В 3/00, С 10 J 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сд

С)

С) С) ,,Ю (21) 4840412/26 (22) 15.06.90 (46) 30,04,92. Бюл. М 16 (71) Институт проблем машиностроения АН

УССР (72) П.М.Канило . (53) 661.961.361(088,8) (56) Христич В.А.,Тумановский А.Г. Газотурбинные двигатели и защита окружающей среды. Киев: Техника, 1983, с. 144, (54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА (57) Изобретение может быть использовано в различных топливосжигающих устройствах при использовании газообразных топлив. Цель изобертения — снижение уровней выбросов оксидов азота и канцерогенных

Изобретение относится к теплотехнологии, стационарной и транспортной энергетике и может быть применено в различных топливосжигающих устройствах при использовании газообразных топлив, например метана.

Известны гомогенный, диффузионный и гибридный способы сжигания газообразного топлива, в том числе в тепловом двигателе, в частности газотурбинном, путем подачи воздуха и природного газа, напри- мер метана, сжигание последнего в камере сгорания и отвода продуктов сгорания.

Известен способ сжигания с внешним смесеобразованием, т,е. когда в специальном гомогенизаторе, расположенном перед камерой сгорания, т.е, до зоны горения, осуществляется предварительное перемешивание топлива с воздухом и в камеру

„„. Ы„„1730032 А1 веществ с продуктами сгорания при обеспечении высокой полноты сгорания топлива, Способ заключается в подаче метансодержащего газа и воздуха в камеру сгорания и отводе продуктов продуктов сгорания, причем метансодержащий газ подают на сжигание в воде гомогенной предварительно перемешанной смеси с 5-10 мас. водорода, а процесс сжигания ведут при коэффициенте избытка воздуха 1,6 — 2,0, Изобретение обеспечивает снижение уровней выбросов канцерогенных веществ до

0,47- 0,10 об., снижение уровня выбросов оксида азота до 0,40 — 0,31 об. при обеспечении высокой полноты сгорания топлива (уг 0,99), 3 ил., 3 табл. сгорания подается гомогенная топливновоздушная смесь.

На фиг,1 приведены обобщенные данные по изменению относительных топливно-экологических показателей камер сгорания от коэффициента избытка воздуха в зоне горения (а) при таком способе сжигания предварительно подготовленной смеси природного газа и воздуха. Из представленных данных следует, что максимальная полнота сгорания природного газа (г) обеспечивается при a=1,05. Однако при таком значении образуются максимальные уровни оксидов азота (NOX), высокие уровни также канцерогенного вещества — бенз(а) пирена (БП). Исследованиями установлено, что именно этими вредными веществами на

95% и более определяется экологическое совершенство топливосжигающих устано1730032 рода (цн ), идущего на замещение (с учетом теплового эквивалента) части природного газа, при гомогенном способе сжигания топливно-воздушной смеси.

Из представленных данных следует, что наиболее рациональным является a = 1,6, так как в диапазоне он = 5 — 10 мас. обес55 вок при использовании в качестве топлива природного газа, например метана.

При повышении коэффициента избытка воздуха в предварительно подготовленной горючей смеси с а = 1,05 до а = 1,6 5 значительно снижаются уровни концентраций NO> и БП, но при этом существенно уменьшается и полнота выгорания топлива (rr) в камере сгорания, При дальнейшем повышении а > 1,6 происходит более резкое 10 снижение г и наблюдается уже рост уровней образования БП.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является диффузионный способ сжигания, т.е. когда топливо и воздух раздельно подаются непосредственно в зону горения камеры сгорания. Для диффузионного способа сжигания природного газа (фиг.2) присущи такие же закономерности, как и для указанного выше гомогенного спо- 20 соба, только максимальное значение NO> наблюдается при а=1,25; а резкое падение „и рост уровней БП начинается а> 2,0, .Цель изобретения — снижение уровней выброса оксидов азота и канцерогенных ве- 25 ществ с продуктами сгорания при обеспечении высокой полноты сгорания топлива.

Указанная цель достигается тем, что природный газ, например, метан подают на сжигание в виде гомогенной предваритель- 30 но перемешанной смеси с 5-10 мас. водорода, а процесс сжигания ведут при коэффициенте избытка воздуха 1,6 a 2 (в зависимости от способа сжигания топливной смеси).

Использование в качестве топлива предварительно перемешанной смеси природного газа, например, метана с указанным массовым содержанием водорода обеспечивает эффективное снижение уров- 40 ней выброса БП при одновременном повышении полноты сгорания топливной смеси до значений д 0,99. При этом уровни выброса NOX практически не зависят от замещения части природного газа указанным

45 количеством водорода, В табл.1 приведены обобщенные данные по изменению полноты сгорания топлива (,), относительным уровням снижения выбросов МО, и БП с продуктами сгорания

50 в зависимости от а и массовой доли водопечивается у<> 0,99 при минимальных уровнях выброса NOX и БП.

В табл.2 приведены данные для диффузионного метода сжигания, т.е. когда осуществляется раздельная подача в камеру сгорания воздуха и предварительно перемешанной топливной смеси природного газа и водорода.

Из представленных данных, в соответствии с вышеизложенным следует, что наиболее рациональным для данного способа сжигания топливной смеси является а 2,0.

В табл.3 приведены (для примера) данные для гибридного метода сжигания, т.е. когда, например, половина топливной смеси природного газа с водородом предварительно смешивается с половиной воздуха, а другая — подается в камеру сгорания раздельно с остальной частью воздуха, Из представленных данных следует, что наиболее рационал ьн ым является a"-1,8.

Указанные закономерности процессов сжигания предварительно подготовленной смеси природного газа и водорода связаны с ингибирующим воздействием водорода на процессы ооразования БП (и других канцерогенных веществ) и с увеличением нормальной скорости сгорания смеси, что приводит к росту г .

Процесс предварительного смешения природного газа и водорода может, например, быть осуществлен в магистрали транспорта природного газа, Пример. Установка включает диффузионную камеру сгорания (с раздельной подачей топлива и воздуха s зону горения) и гомогенную камеру сгорания (с предварительным смешением топлива с воздухом), а также источники природного газа, водорода и воздуха. Схема установки (фиг.3) содержит источник 1 природного газа (СН4); регулирующие устройства 2, источник 3 водорода (Нг); трубопровод 4 подачи перемешанной смеси природного газа и водорода, диффузионную камеру 5 сгорания, измерительный комплекс 6 полноты сгорания топлива, уровней выброса оксидов азота (МО,) и канцерогенных веществ (бенз(а)пирена); гомогенную камеру 7 сгорания, смеситель 8 воздуха и топлива; источник 9 сжатого воздуха.

Источник природного газа с помощью стальной магистрали (Ф 50 мм и длиной 60 м) соединен с каерами сгорания. Магистраль подачи водорода (Ф 30 мм и длиной 5 м) соединена с магистралью подачи природного газа. Системы подачи природного газа и водорода снабжены регулирующей аппаратурой, обеспечивающей контролируемую

1730032

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3 подачу природного газа и водорода в исследовательскую установку.

Таким образом, в диффузионную 5 и гомогенную 7 камеры сгорания подают по трубопроводу 4 предварительно перемешанную смесь природного газа и водорода (в диапазоне 4 — 11 мас. j водорода) при коэффициентах избытка воздуха; а = 1,9-2,1 (для диффузионной камеры сгорания) и a=

"1,5 — 1,7 (для гомогенной камеры сгорания), которые устанавливались путем изменения подачи воздуха через регулирующие устройства. Гибридный метод сжигания осуществляют на камере 7 сгорания с гомогенизатором 8.

Полноту сгорания топлива, уровни выброса

NOx и БП определяют на стендовом измерительном комплексе, Формула изобретения

Способ сжигания топлива, включающий

5 подачу метансодержащего газа и воздуха в камеру сгорания и отвод продуктов сгорания, отличающийся тем, что, с целью снижения уровней выбросов оксидов азота и канцерогенных веществ с продуктами сго10 рания при обеспечении высокой полноты сгорания топлива, метансодержащий газ подают на сжигание в виде гомогенной предварительно перемешанной с 5-10 мас, водорода смеси, а процесс сжигания

15 ведут при коэффициенте избытка воздуха

1,6 — 2,0.

1730032

1730032

50

Составитель П.Канило

Техред М.Моргентал Корректор M.Màêcèìèøèíåö

Редактор Н.Шитев

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 1483 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5