Способ ступенчатого сжигания топлива

 

Использование: на тепловых электростанциях . Сущность изобретения: в камеру сгорания 1 подают струи топлива в смеси с газообразным агентом через горелки 2. В вышерасположенную зону камеры сгорания 1 с температурой топочных газов не более 1500°С и с расходом, равным 30-50% от количества воздуха, необходимого для сгорания всего топлива, через сопла 3 осуществляют ввод струй вторичного воздуха с иаклЬном вниз. Начальный динамический напор подачи струй вторичного воздуха превышает динамический напор подачи в обь- ём камеры сгорания 1 Струй топлива в смеси С газообразным агентом. 1 з. п. ф. 5 ил. ;

„„SUÄÄ 1763801 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 23 С 5/28

ГОСУД/ РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТЙЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТЙУ.

1 2 (21) 4884154/06:: (57) Использование; Йа тепловых "электро- (22) 26;10.90 станциях. Сущностьизобретения: в камеру (46) 23.09.92. Бюл. ЬМ 35 сгорания 1 подают струи топлива.а смеси с (71) Московский энергетический институт газообразным агентом" через горелки 2. В (72) А. М. Архипов, П. Н. Ваторийов, 3, fl; айшерасположеннуюзонукамерысгорания

Волков, Т. И. Ковалева, Ю. М. Липов, В. О. -1 с температурой топочнйх газов не более

Максвитат, В. Й; Просвиркин; Н; И. Соловь- -:. 1500ОС и с расходом:,. равным 30-50% от ев и H. С. Шестаков .. -. . количества воздуха, необходимого для сго(56} Авторское свидетельство СССР :;: рания всего топлива, через сопла 3 осущест% 6110779, Мкл F 23 С5/10, 1974. : "" ваяют ввод струй вторичного вбздуха -с

Авторскоесвйдетельство СССР .: ". Наклоном вниз, Начальный динамический

f+ 595587, Мкл- F 23 С 5/28, 1973,,:.;:;-,,:напор подачи струй вторичного воздуха и реВышает динамический наговор подачи в обь(54) СПОСОБ СТУПЕНЧАТОГО СЖИГАНИЯ ем камерй сгоранйя 1 струй топлива в смеси

ТОПЛИВА .- .. с газообразным агентом. 1 3. й. ф. 5 ил.

1763801

25 сжигания топлива, в частности, малая степень уменьшения образования Оксидов азата в топочном обьеме. Это объясняется тем, что в этом способе ступенчатого сжйгания не регламентирован режим ввода струй вто.ричнога воздуха (их начальный расход, ди30 намический напор и температурный интервал факела, относящийся к збне ввода струй).

Целью изобретения является уменьшение образования оксидов азота и повышение эффективности сжигания топлива.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемый способ струпенчатога сжигания топлива в топке с вертикальной камерой сгорания, как и способ-прототип, 40 включает подачу в нижнюю зону камеры сгорания струй топлива в смеси с газообразным агентом с образованием топочных raзав и ввод в поток этих газов в вышерасполаженнай зоне камеры сгорания струй вторичного воздуха с наклоном вниз.

В отличие от способа — прототипа струи вторичного ваэдуха вводят в поток топочных газов с температурой последних не более

1500 С, с расходом, равным 30-50% от ко- 50 личества воздуха, необходимого для сгорания всего топлива, и с начальным динамическим напором, превышающим начальный динамический напор подачи струй топлива в смеси с газообразным агентом

Для достижения наибольшего эффекта подачу струй топлива в смеси с газообразным агентом и ввод струй вторичного воздуха осуществляют тангенциально.

Изобретение относится к способам сжигания топлива и может быть использована на тепловых электростанцйях.

Известен способ стехиометрического сжигания топлива, при котором весь по- 5 требный для горения воздух подают в топочный объем вместе с топливом через . горелки (1).

Недостатком этого способа сжигания является повышенное содержание оксидов 10 азота в продуктах горения, а прй ййлевидном сжигании некоторых углей и неустойчивое зажигание факела.

Известен также способ — прототип ступенчатого сжигания топлива в топке с вер- 15 тикальной камерой сгорания, включающий подачу в нижнюю зону камеры сгорания струй топлива в смеси с газообразным агентом с образованием топочных газов и ввод в поток этих газов в вышераспооженнай эо- 20 не камеры сгоранйя струй вторичного воздуха с наклоном вниз (2).

Недостатком способа-прототипа явля- ется низкая эффективность стуггенчатаго

Предложенный способ ступенчатого сжигания топлива может быть реализован при различных модификациях компоновки . сопел вторичного воздуха в зависимости от особенностей компоновки котла, топки и горелочных устройств, На фиг. 1 показана топка С односторонним двухъярусным расположением восьми горелок и односторонним размещением в вертикальных плоскостях установки горелок йаклонейных вниз четырех сопел вторичного воздуха; на фиг. 2 — в той же топке сопла в количестве 5 шт. установлены со смещением на 0,5 шага относительно. укаэанных выше плоскостей расположения горелок; на фиг. 3 — топка с двухсторонним встречным размещением восьми горелок и двусторонним размещением восьми сопел вторичного воздуха, наклоненных вниз (центры выходных сечений и оси горелок размещены в вертикальных плоскостях установки горелок); на фиг. 4 — при том же расположейии горелок в той же топке центры вйходных сечений сопел размещены аналогично фиг. 3, а их оси расположены в параллельных вертикальных плоскостях по встречно смещенной схеме; на фиг, 5 — топка квадратного сечения (она снабжена восемью тангенциально направленными горелками, размещенными по две на всех четырех ее стенах, и восемью наклоненными вниз соплами вторичного воздуха, также тангенциально направленными и установленными по две на всех четырех стенах топки).

Изображенные на фиг..1 — 5 топки содержат: вертикальные камеры сгорания 1, горелки 2 и сопла вторичного воздуха 3, размещенные на фиг. 1, 2 — на одной стене

4, на фиг. 3, 4 — на двух противолежащих вертикальных стенах 4, на фиг. 5 — на четырех таких стенах 4 и расположенные над камерами 1 поворотные газоходы 5, В указанных на фиг. 1 - 5 топках предложенный способ ступенчатого сжигания топлива реализуется следующим образом.

8 нижнюю зону вертикальных камер сгорания 1 подают струи смеси топлива с газообразным агентом (первичным воздухом или дополнительно к нему с газами рециркуляции) через горелки 2. В поток горящих топочных газов, движущихся в вышерасполаженной зоне камеры сгорания

1, вводят с наклоном вниз струи вторичного воздуха. его ввод осуществляют через сопла 3, рассредоточенные по крайней мере по ширине одной из вертикальных противоположных стен 4, причем на такой высоте по отношению к уровню подачи через горелки

2 топлива, при которой исключается попада1763801

15

25

35

45

55 ние вторичного воздуха в высокотемпературную зону объема камеры сгоранил 1 с температурой топочных газов более

1500 С. Поэтому в зоне дожитания топлива (во второй ступени горения) образование термических оксидов азота, генерация которых происходит по экспоненциальной зависимости от температуры, начиная с

Т=1550" С, маловероятно. Вследствие принятия расхода вторичного воздуха через сопла 3 не менее 30% от количества воздуха, необходимого длл сгорания всего топлива, в высокотемпературной зоне объема камеры.1 (в первой ступени горения), где Т

1550 С, локальный коэффициент избытка первичного воздуха, который подаетсл через горелки 2, составляет не более 0,85.

Горение топлива с указанной нехваткой кислорода сопровождается значительным уменьшением образования как термических (несмотря на высокую температуру). так и топливных оксидов азота. Образование топливных оксидов азота в зоне дожигания (во второй ступени горения), где локальный коэффициент избытка воздуха может быть больше 1,0 маловероятно, т, к. в результате предварительного термического разложения соединений, содержащий топливный азот, последний превращается в молекулярный, а его окислЕние в зоне дожигания исключается из-за низкого темпера турного уровня (Т«1550 С). В связи с высоким уровнем ввода вторичного воздуха через сопла 3 процессы его перемешивания с недогоревшим топливом и дожигание последнего преимущественно в верхней части камеры сгорания 1 с завершением горения топлива в поворотном газоходе 5 должны быть интенсифицированы. Интенсификация указанных процессов наряду с накло.ном сопел 3 вниз и рассредоточением их по ширине стен 4 может быть обеспечена за счет принятия повышенного начального динамического напора ввода струй вторичного воздуха, по крайней мере превышающего динамический напор подачи струй топлива в смеси с газообразным агентом через горелки 2. В1оричный воздух должен вводиться в объем камеры сгорания 1 с максимально возможным напором, практически равным полному давлению воздуха на выходе из воздушного подогревателя. Это можно достигнуть сведя до минимума гидравлические потери на тракте: воздушный подогреватель — выходное сечение сопла 3, тогда как на тракте: воздушный подогреватель — выходное сечение горелки 2 гидравлические потери могут быть весьма существенными, например, на завихривающих аппаратах горелок 2, Для повышения начального динамического напора струй вторичного воздуха в условиях имеющегося запаса по напору дутьевых вентиляторов можно установить специальные дроссели на тракте; воздушный подбгреватель — горелка 2 и одновременно уменьшить проходное сечение сопел 3, При отсутствии указанного запаса по напору дутьевых вентиляторов можно идти на использование дополнительных воздухоподающих устройств, установленных в тракте вторичного воздуха.

Ввод существенно наклоненных вниз струй вторичного воздуха с повышенным (точнее максимально возможным) динамическим напором при коэффициенте избытка вторичного воздуха ао=0,3 — 0,5 позволяет обеспечить благоприятную аэродинамику перемешивания реагентов в зоне дожигания. Встречно-поперечное обтекание топочными газами, содержащими недогоревшее топливо, струй вторичного воздуха при высокой эжекционной способности последних, способствует интенсификации процессов перемешивания реагентов и дожигания топлива. Наоборот, ввод вторичного воздуха невысоконапорными (вялыми) струями приводит к тому, что восходящий поток топочных газов легко разворачивает эти струи вверх. В этом случае интенсивность процесса перемешивания снижается что характерно для аэродинамики спутных потоков. В условиях высокого расположения сопел вторичного воздуха 3, по существу, вблизи поворотного газохода 5, это чревато появлением недожога топлива.

Как показали исследования, расход вторичното воздуха должен составлять 30-50 от количества воздуха. необходимого для сгорания всего топлива. Начальный динамический напор струй вторичного воздуха должен быть максимально возможным, причем, по крайней мере, он должен превышать динамический напор подачи струй топлива s смеси с газообразным агентом, Рекомендуется следующий порядок определения уровня ввода струй вторичного воздуха

Методом зонального теплового расчета определяется кривая падения средней температуры факела по высоте камеры сгорания за счет увеличения суммарной отдачи тепла экранным трубам посредством излучения. В точку, лежащую на вертикальной оси камеры сгорания и характеризующуюся средней температурой факела 1500 С, направляют геометрические оси наклоненных вниз сопел вторичного воздуха, тем самым, определял уровень ввода его струй. При этом, как показали исследования, оптимальными по условиям перемешивания являются угла на1763801 клона сопел, равные 25-50 по отношению к горизонтальной плоскости. В условиях топок с тангенциально направленными горелками и соплами для интенсификации перемешивания и дожигания топлива ввод струй вторичного воздуха и топлива в смеси с газообразным агентом целесообразно осуществлять с противоположным направлением тангенциальной закрутки при меньшем диаметре условного тела вращения, относящегося к струям вторичного воздуха (фиг. 5).

Использование предложенного способа ступенчатого сжигания позволяет уменьшить образование оксидов азота в топочном обьеме при повышении экономичности сжигания топлива.

Формула изобретения

1. Способ ступенчатого сжигания топлива в топке с вертикальной камерой сгорания. включающий подачу в нижнюю зону камеры сгорания струй топлива в смеси с газообразным агентом с образованием топочных газов и ввод в поток этих газов в вышерасположенной зоне камеры сгорания

5 струй вторичного воздуха с наклоном вниз, отличающийся тем, что, с целью уменьшения образования окислов азота и повышения эффективйости сжигания топлива, струи вторичного воздуха вводят в поток

10 топочных газов с температурой последних не более 1500 С, с расходом. равным 3050% от общего количества воздуха, необходимого для сгоранйя всего топлива, и с начальным динамйческим-напором, превы15 шающим" начальный дийамичрский напор подачй струй топлива в- смеси с газообразным агентом.,:-:-,:-: = „,:

2. Способ по и."1, о -т л и ч а ю шийся тем, uio подач Гструй топлива в смеси с

20 газообразйь) м агентом й"ввод струй вторичного воздуха оСуществляют тангенциально. ,:с ..

1763801

176380i

1763801

Составитель Л.булынко

Техред М.Моргентал

Редактор Т.Ивайова

Корректор О.Густи

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

Заказ 3445 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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