Способ сжигания газообразного топлива

 

Изобретение относится к энергетике и способам сжигания газообразного топлива Сущность изобретениядля снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания и предотвращения резонансного горения осуществляют равенство периодов и амплитуд пульсаций, наложенных на потоки обогащенной и бедной смесей горючего и окислителя, а также сдвиг по фазе на половину периода пульсаций, одного из вышеуказанных потоков относительно другого, при этом расходы обогащенной и бедной смесей в течение времени, кратного периоду пульсаций, равны между собой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. сл с

С Э1ОЗ СОВЕ1СКИХ

С .О11ИАЛ ИСТИ 1Е СКИХ

1 F CIIYbflMK (s1)s F 23 С 11/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

I 0Ñ;ÓÄÀÐÑÒÂÅHÍÛÉ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 4886653/06 (22) 30.11,90 (46) 23.07,92. Бюл. ¹ 27 (71) Западный филиал Всесоюзного научноисследовательского теплотехнического инс. титута им. Ф.Э.Дэержинского (72) В.Д.Дунский и В.Г,Третьякович (56) Сигал И.Я, Защита воздушного бассейна при сжигании топлива, Л.: Недра, 1977.

Гаврилов А;Ф. и др. Влияние влаги, вводймой в горячий воздух, на содержание окислов азота в продуктах сгорания газа и мазута. — "Теплоэнергетика", 1983, ¹ 9, с.13 — 15.

Котлер В..Р, Оксиды азота в дымовь1х газах котлов. 1У1„Энергоатомиздат. 1987, Рихтер Л.А,. и др. Образование окислов азота в топках пароговых котлов, Труды

ИЭИ, 1980. ¹ 508, с.5-13.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1071870, кл. F 23 С 9/00, 1978.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сжигании газообразного топлива и предназначено для снижения токсичности продуктов его сгорания. сбрасываемых в атмосферный воздух.

Известен способ сжигания газообразного топлива. который обеспечивает снижение выбросов оксида азота в атмосферу путем повышения избытка воздуха в топке или вводом влаги в горячий воздух и, соответственно, снижения температуры в зоне горения, . Однако при этом снижается экономичность из-за увеличения количества тепла, сбрасываемого в атмосферу с уходящими газами, „„. Ж „„1749618 А1

2 (54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА (57) Изобретение относится к энергетике и способам сжигания газообразного топлива.

Сущность изобретения: для снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания и предотвращения резонансного горения осуществляют равенство периодов и амплитуд пульсаций, наложенных на потоки обогащенной и бедйой смесей горючего и окислителя, а также сдвиг по фаЗе на половину периода пульсаций, одного из вышеуказанных потоков относительно другого, при этом расхода обогащенной и бедной смесей в течение времени, кратного периоду пульсаций, равны между собой. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. 3

Известен также способ двухступенчатоф го сжигания, при реализации которого горелки компонуются в два и более ярусов, а расходы воздуха по ярусам горелок изменяются от недостатков до избытков, причем (O средний избыток по топке в целом равен расчетному.

Этот способ является относительно малозатратным, но для его реализации необходимо размещение горелок в двух и болев ярусах, что не всегда оправдано по капзатратам и удобству обслуживания. Наряду с этим усложняется управление топочным процессом.

Известен также способ подачи газов рециркуляции в горелки или. в раэличнй® зоны топки. Этот способ нашел достаточно широ1749618 кое применение, так как наряду с существенным снижением выбросов оксидов азота позволяет сблизить эмиссионные характеристики факелов при сжигании газа и мазута и уменьшить тепловосприятие экранов при сжигании мазута.

Однако для реализации этого способа требуются значительные капэатраты, Кроме того, при некоторых нештатных режимах могут образовываться и сбрасываться в QKружающую среду канцерогенные вещества, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ сжигания газообразного топлива путем подачи обогащенной и бедной смесей горючего и окислителя в зону горения с последующим смешением и дожиганием, причем по крайней мере на одну из смесей накладываются колебания, а подача обогащенной и бедной смесей осуществляется в виде независимого закрученных потоков.

Недостатком этого способа является воэможность выхода на резонансное горение. в результате которого могут иметь место разрушения некоторых элементов топки и котла, Рассогласование частот от горелки . к горелке от 0.12 до 0,36 относительно средней частоты трудно осуществимо и не всегда эффективно для мощных горелок, количество которых на котел относительно невелико, а факелы каждой из горелок незначительно GMBUJMBBoTGA между собой, Цель изобретения — снижение содержания окислов азота в продуктах сгорания и предотвращение резонансного горения.

Указанная цель обеспечивается тем, что по способу, в котором путем подачи обогащенной и бедной смесей горючего и окислителя независимь1м закрученными потоками в топку и наложением пульсаций.на оба зти потока создаются условия для локального сжигания топлива в усЛовиях недостатка или избытка воздуха с последующим смешением и дожиганием, средние расходы обогащенной и бедной смесей гоплива и окислителя, подаваемых через разные каналы горелки, равным между собой, а на каждую из этих смесей накладываются пульсации, равные по частоте и амплитуде, но смещенные по фазе на половину периода пульсаций. При этом расходы. каждой из этих смесей в единицу времени, кратному периоду пульсаций, должны быть равными расчетным величинам, а суммарные расходы обеих смесей в каждый момент времени равны между собой.

На фиг.1 показан график пульсирующих расходов обогащенной (чоб) и бедной (чб) смесей воздуха и горючего газа. Поскольку пульсации расходов обогащенного и бедного потоков смещены на половину периода, а амплитуды и частоты пульсаций равны между собой, то в каждый момент времени суммарный расход обогащенной и бедной

5 смесей будет постоянным и равным

„, ч=Чоб+чб, ГДЕ Voá И Vá — ТЕКУЩИЕ РаСХОДЫ ОбОГаЩЕННОй

10 и бедной смесей, Соответственно во временных интервалах 0-1, 2-3, 4-5„„будут иметь место недостатки, а в интервалах 1 — 2, 3-4, 5-6„;.— избытки воздуха, Пас кол ьку суммарн ы и по15 ток, v из горелки в каждый момент speMeuu будет постояннйм по расходу(фиг.1) при данной нагрузке котла и равным расчетной величйне, пульсации суммарного потока, которые могли бы вызвать резонансное горе20 ние, не будут иметь места..

Пример. Исходные данные: расход газа на горелку чг - 0,2 м /с; теоретически необходимое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м

25 газа, чо = 10 м !м; з э. расходы газа в обогащенной и бедной смесЯх ч, oe = 0,12 м /с, ч,б = 0,08 м /с; э э расчетный расход воздуха на горелку чв=2 м /с; э

30 расход воздуха в обогащенной смеси чв,об=1 м /с; амплитуда пульсаций обогащенной и бедной смесей а =.0,1 м /с. э

Максимальный и минимальный расходы

35 обогащенной смеси: чоб.макс =(1 + а)(чсоб+ чв.об) = 1,232 м /С; э

voe. = (1 — aXvr.oe+ чв,об) - 1,008 м С. э

Расход воздуха в бедйой смеси:

Чоб.макс Чоббмин

40 1+а " 1 — а чв,б чи,б = — чг,б =

=.1,04 м /c

Максимальный и минимальный расходы бедной смеси: чб,макс =(1+ а)(ч,e+ v,б) = 1,232.

45 ve,мин = (1 — а)(чг,б + v>.6) = 1,008.

Из расчета следует, что расходы обогащенной и бедной смесей

Чоб. макс Чб,макс.

vo6,мин = чб,мин.

50 Расход воздуха на горелкч чг,б = (чв,об + чв,б) = 2,04 м IС.

Этот расход выше расчетного на

ve.б 0,5чв) 100 о/

Ьv— чв

55 и может быть классифицирован как избыточный воздух.

На фиг.2 схематично показано развитие факела в топке при реализации предложенного способа сжигания газообразного топ1749618 лива. В зонах факела. ограниченных сечениями 3 (в этих сечениях избытки воздуха равны расчетным величинам), периодически будут чередоваться недостатки и избытки воздуха таким образом, что соседние зоны всегда будут различаться по избытку воздуха, Если в зонах 1 . 3,5„,. будут в данный момент времени недостатки воздуха (количество обогащенной смеси превышает коI личество бедной смеси), то в зонах 2, 4 „..— избытки и, наоборот, если в зонах 1., 3 —

I Ф избытки воздуха, то в зонах 2, 4, — недостатки (количество бедной смеси превышает количество обогащенной смеси).

В зонах факела с недостатками воздуха останется несгоревшее топливо или продукты его неполного сгорания, а в зонах с избытками — избыточный воздух. Как одно, так и другое определит понижение температуры горения в этих зонах и снижение интенсивности генерации оксидов азота. Такой эффект будет иметь место на самой ранней стадии развития факела.,что в наибольшей степени будет способствовать снижению интенсивности образования оксидов азота, так как именно в начальной, наиболее высокотемпературной зоне факела происходит интенсивное оксидирование азота. За пределами начального участка факела в связи с интенсивными турбулентными пульсациями и массообменными процессами произойдет полное сгорание топлива и продуктов неполного сгорания в периферийной зоне факела, в которой интенсивность генерации оксидов азота относительно низка.

Способ реализуется следующим образом.

В соответствии с заданной программой специальн ы ми устройствами (на и ример, поворотными заслонками), установленными возможно ближе к горелкам в коробках для обогащенной и бедной смесей, перекрываются части сечений этих коробов с задан-ной периодичностью, причем, периоды и амплитуды вызванных этим пульсаций обоих потоков должны быть равными по величине и сдвинуты по фазе на половину периода. Этим создаются условия для сжигания горючего газа в каждый момент времени с недостатками или избытками воздуха, так как только в двух точках графи ков расходов обогащенного и бедного потоков т = 1 и т = 2 (фиг.1) в пределах периода пульсаций будет иметь место заданное соотношение количеств этих сред, а в пределах соседних полупериодов пульсаций будут чередоваться режимы с недостатками или избытками воздуха. При этом расходи воздуха и горючего газа в течение времени. кратного периоду пульсации, остаются равными расчетным величинам для данной производительности и режима работы котла.

Увеличение сопротивлений трактов при наличии пульсаций расходов обогащенной и бедной смесей будет незначительным, так как устройства для реализации пульсаций размещаются вблизи горелок и, соответственно, на относительно большом расстоянии от дутьевых вентиляторов. Воздух и горючий газ или их смеси являются сжимаемыми средами, поэтому частичное перекрытие сечений коробов для обогащенной и бедной смесей приведет к сжатию этих сред, а при открытии сечений энергия, затраченная на сжатие, будет частично высвобождена.

В связи с локальными периодическими

20 недостатками воздуха (тепло сгорания топлива будет меньшим из-за образования продуктов неполного сгорания, а также нагрева не участвующего в горении избыточного горючего газа) и избытками воздуха (тепло.

25 сгорания буде расходоваться на нагрев не участвующего в горении избыточного возф-", ха) в корневой зоне факела, горение будет протекать при пониженной температуре факела, что определит снижение скорости об30 разования оксидов азота, В последующих зонах развития факела вследствйе турбулентных пульсаций и интенсивных смесеобразовательных — процессов будет осуществляться полное сгорание топлива, 35 но в большем объеме топки и с большей отдачей тепла поверхностям нагрева, что определит снижение температуры факела и, следовательно, снижение содержания оксидов азота в зоне горения и в сбрасываемых

40 в атмосферу уходящих газов, Формула изобретения

1, Способ сжигания газообразного топлива путем подачи независимыми пульсирующими потоками обогащенной и бедной

45 смесей горючего и окислителя в зону горения с последующим их смешением и дожиганием, отличающийся тем. что, с целью снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания и предотвращения ре50 зонансного горения, осуществляют равенство периодов и амплитуд пульсаций, а также сдвиг по фазе на половину периода пульсаций потока одной из смесей горючего и окислителя относительно другой.

2. Способ по п.1, от л и ч а ю щ и йс я тем, что расход обогащенной и бедной смесей в течение времени, кратного периоду пульсаций, равным между собой.

1749618

Составитель B.Äóíñêèé

Редактор Л,Грэтилла Техред М.Моргентал Корректор ОХундрик

Заказ 2583 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производствен lo"èýäàòåëüñêèé комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101