Способ сжигания топлива

 

Использование: при сжигании топлива в котельных агрегатах, камерах сгорания и других топливоиспользующих установках. Сущность изобретения: в топку подают тсфливо и инертное вещество отдельными струями , причем топливо подают по периферии каждой струи инертного вещества при поддержании соотношения скоростей упомянутых сред, равным 0,7...2,1. 2 ил,

СО ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 23 D 14/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -"

К ПАТЕНТУ (21) 4949879/06 (22) 26.06.91 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (71) Всесоюзный теплотехнический научноисследовательский институт им. Ф.Э. Дзержинского (72) Ю,М, Усман и О.В. Морозов (73) Всесоюзный теплотехнический научноисследовательский институт им..е.Ý. ДзерЖИНСКОГО (56) Авторское свидетельство СССР

N 970041, кл. F 23 0 14/20, 1981, .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при с>кигании топлива в котельных агрегатах, камерах сгорания и других топливоиспользующих установках, Наиболее близким технические решением, принятым в качестве прототипа, является способ сжигания топлива, при котором в топку подают топливо отдельными струями и инертное вещество по периферии каждой струи, Такой способ сжигания обеспечивает некоторое уменьшение образования окисдов азота за счет замедления процесса перемешивания топлива с воздухом благодаря образующейся защитной завесе вокруг каждой топливной струи.

Недостатком этого способа я вляется недостаточно эффективное перемешивание инертного вещества с топливом, Происходит интенсивный массообмен инертного вещества не только с топливом, но и с воздухом. В результате не все вещества, балластирующие зону горения, влияют на процесс выгорания с самого начала. Поэтому для достижения существенного сниже Ы 1777638 АЗ (54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА (57) Использование: при сжигании топлива в котельных агрегатах, камерах сгорания и других топливоиспользующих установках.

Сущность изобретения: в топку подают топливо и инертное вещество отдельными струями, причем топливо подают по периферии каждой струи инертного вещества при поддержании соотношения скоростей упомянутых сред, равным 0,7...2,1, 2 ил. ния выбросов оксидов азота требуется подача значительного количества инертного вещества (15 — 20;/, от расхода воздуха на горение). Однако это ограничит возможности применения такого способа сжигания топлива на котельных агрегатах, поскольку потребует существенных затрат на привод тягодутьевых механизмов и приведет к снижению экономичности работы оборудования. Т. о. указанный способ сжигания не обеспечивает необходимого снижения выбросов оксидов азота вследствие того, что инертное вещество не влияет на начало про цесса горения топлива в полном объеме.

Целью изобретения является снижение образования окисдов азота путем балластировки топлива инертным веществом.

Указанная цель достигается тем, что в способе сжигания топлива, включающем подачу топлива и инертного вещества.в топку, последнее подают отдельными струями, а топливо подают по периферии каждой струи инертного вещества, причем соотношение скоростей упомянутых сред составляет 0,7 — 2,1.

1777638

Причинно-следственная связь между отличительными признаками и целью заключается в следующем.

Подача инертного вещества зону горения снижает температуру горения за счет 5 увеличения объема продуктов горения и замедляет процесс горения благодаря снижению концентраций реагирующих веществ, При разделении общего потока инертного вещества на отдельные струи и подаче топ- 10 лива по периферии каждой струи инертного вещества обеспечивается быстрое и полное смешение топлива с инертным веществом практически еще до перемешивэния топлива с воздухом и последующего воспламене- 15 ния горючей смеси. Это приводит к замедлению процесса горения, снижению температур и концентраций реагирующих веществ непосредственно в зонах протекания реакций образования оксидов азота на 20 самых ранних стадиях. При этом достигается резкое снижение выбросов. оксидов азота при умеренном расходе инертного вещества; Соотношение скоростей упомянутых сред составляющие 0,7-2,1 обусловлено 25 тем, что снижение выбросов оксидов азота, наблюдающиеся при соотношении скоростей < 2,1, не должно вести к ухудшению . полноты сжигания топлива, что наблюдает- ся (в соответствии исследованиям, см, фиг.

2) при соотношении скоростей меньших 0,7.

Т, о, совокупное использование указанных признаков позволяет обеспечить достижение поставленной в заявляемом техническом решении цели -снижение образования оксидов азота.

Наличие отмеченных выше отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию 40

"новизна".

Поиск дополнительных технических решений, определяемый указанными отличительными признаками, не выявил известности их совокупного использования 45 в других областях техники для достижения поставленной цели, на основании чего можно сделать вывод о соответствии заявляемо.го технического решения критерию

"существенные отличия".

На фиг. 1 схематично изображено устройство, реалиэующеее способ, при сжигании газа; на фиг. 2 — представлена зависимость относительных значений концентраций оксидов азота от соотношения скоростей топлива и инертного вещества, поступающих в топку.

Устройство для сжигания газа, реализующее предлагаемое техническое решение, включает в себя кольцевой канал 1 для подачи инертного вещества и канал 2 для подачи топливного газа в топку. Выходная часть канала 1 инертного вещества снабжена выпускными отверстиями 3, к которым подсоединены штуцерэ 4. Выходная часть канала

2 газа снабжена отверстиями 5, причем выходные сечения штуцеров 4 лежат в плоскости отверстий 5. Кроме того, упомянутые каналы 1 и 2 расположены внутри воздушного канала 6.

Устройство работает следующим образом, Газообразное инертное вещество и топливо подаются соответственно по каналам

1 и 2. Через отверстия 3 и штуцера 4 инертное вещество подается в топку. Газообразное топливо подается через зазор, образующийся между кромкой отверстия 5 и штуцером 4. Поскольку оси отверстий 5 и штуцеров 4 совпадают, по периметру струи инертного вещества, поступающей в топку, образуется слой газа. Это способствует полному перемешиванию топлива и инертно о вещества. В результате воздух, поступающий по каналу 6, перемешивается с готовой топливоинертной смесью. Данное обстоятельство обеспечивается соотношением скоростей топлива и инертного вещества, которое составляет 0,7 — 2,1.

На фиг. 2 представлены графики зависимости относительных значений концентрации оксидов азота в дымовых газах (кривая

1) и неполноты горения (кривая 2) от измерения соотношения топлива и инертного вещества ЧЧт/ Мин.

При соотношении скоростей более 2,1 происходит резкое увеличение содержания оксидов азота. Это обусловлено ухудшением процесса перемешивания топлива с инертным веществом ввиду низкой относительной скорости выхода последнего в топку и, как следствие, снижается воздействие подачи инертного вещества на процесс горения. При значениях отношения скоростей мейее 2,1 происходит некоторое снижение концентрации оксидов азота, практически только за счет разбавления продуктов сгорания инертным веществом. Уменьшение соотношения ниже 0,7 приврдит к резкому возрастанию неполноты горения, которая вызвана черезмерно быстрым забалластированием топлива, ухудшением образования топливо-воздушной смеси, что вызывает недостаток окислителя в зоне горения и приводит к появлению продуктов недожога топлива. Поэтому оптимальным является интервал изменения соотношения скоростей топливной и инертной сред равный

0,7-2,1.

1777б38

Поскольку струи инертного вещества располагаются внутри потока топлива, происходит очень интенсивное перемешивание топлива с инертным веществом, смесь которых поступает в зону горения.

Замедление перемешивания топлива с воздухом и подача смеси топлива и инертного вещества в зону горения приводит к растягиванию процесса горения и уменьшению его температурного уровня, что вызывает резкое снижение образования как термических, так и топливных оксидов азота.

Кроме того, эффект по снижению выбросов NOx достигается при значительно меньших количествах подаваемого в топку инертного вещества.

В качестве примера конкретной реализации предлагаемого способа используются пылеугольные горелки вихревого и щелевого типовых котлов БКЭ-220 и ТП23О.

Для реализации предполагаемого изобретения на котле БК3-220, оборудованном схемой ввода дымовых газов рециркуляции, в кольцевые каналы подачи угольной пыли в топку устанавливают ряд отдельных труб для подачи по ним газов рециркуляции (инертного вещества). При этом газы рециркуляции, выходящие из указанных труб поступают в топку отдельными c груями, оказывающимися окруженчыми потоком топлива с наружной стороны, т. е. угольную пыль подают по периферии каждой струи газов рециркуляции. Соотношение скорос ей топливной среды и газов рециркуляции следует принять в данном случае близким к 1,0, что обеспечит устойчивое перемешивание указанных сред и балластировку топлива инертным веществом. Это вызывает снижение температуры в ядре горения и ограничит образование термических оксидов азота, а также приведет к созданию зон с недостатком свободного кислорода и зато рмозит пе реход топливного азота в NO, интенсифицируя в то же время "конкурирующие" реакции перехода

35 азотсодержащих компонентов в безвредн ый моле куля рн ы и азот Nz.

Расчеты, выполненные на основании

Методических указаний по расчету выбросов оксидов азота с дымовыми газами кот оВ РД 34.02.304-88.показывает, ч о снижение выбросов МОх при использовании предлагаемого изобретения в пылеугольных вихревых горелках котла БКЗ-220 достигает около 40% без ухудшения экономичности его работы.

На котле ТП-230, оборудованном прямоточными щелевыми пылеугольными горелками, в соответствии. с заявленным способом сжигания предлагается в центральные части каналов подачи топлива в топку установить сопла прямоугольного сечения для ввода дымовых газов рециркуляции (инертного вещества). При этом газы рециркуляции выходят из указанных сопл отдельными струями в топку, а топливо поступает по периферии каждой струи инертного вещества, Причем соотношение скоростей топливного и газового потоков следует принять равным 1,2 — 1,4, что обеспечит наибольший эффект по смешению указанных сред, а следовательно и по снижению оксидов азота на котле ТП-230, Расчеты показывают, что ожидаемое снижение образования ИОх достигнет 35%, Аналогичные расчеты, проделанные для разных типов газомазутных и пылеугольных котлов, свидетельствуют о снижении образования оксидов азота при использовании предполагаемого изобретения на 30-50.

Формула изобретения

Способ сжигания топлива путем его подачи в топку совместно с инертным веществом, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения образования оксидов азота путем. балластировки топлива инертным веществом, последнее подают отдельными струями, а топливо подают по периферии каждой струи при поддержании соотношения ско. ростей топлива и инертного вещества, равного 0,7...2,1.

1777638

Редактор Т.Иванова

Корректор A,Äoëèíè÷

Заказ 4132 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

4 4

Составитель Ю,Усман

Техред М.Моргентал

: /Йин,