Способ для снижения выбросов оксидов азота и горелка для его осуществления

Авторы патента:

F23D17/00 - Горелки для сжигания совместно или попеременно газообразного, жидкого или пылевидного топлива

F23C9/06 - для обеспечения полного сгорания

Владельцы патента RU 2791359:

Григорьев Дмитрий Рюрикович (RU)

Изобретение относится к области энергетики. Способ снижения выбросов оксидов азота заключается в том, что в горелке, содержащей корпус, в котором установлены устройство для подачи газообразного топлива и/или устройство для подачи жидкого топлива, пилотная горелка, центральный и периферийный воздушные каналы, в каналах расположены лопатки для завихрения воздуха. Устройство для подачи газообразного топлива выполнено в виде газораздающих трубок, расположенных в воздушном канале параллельно оси корпуса основной горелки, газораздающие трубки на выходе снабжают удлиняющими газовыми трубками с выпускными соплами, которые или размещают в топке на краю амбразуры в зоне между воздушным потоком, поступающим из горелки, и дымовыми газами, таким образом, что часть струи газообразного топлива находится в воздушном потоке, а часть струи газообразного топлива находится в дымовых газах. Струями газообразного топлива, вытекающего из сопел, эжектируют дымовые газы, газообразное топливо разбавляют дымовыми газами перед воспламенением, или сопла удлиняющих газовых трубок, расположенных по периметру амбразуры, размещают в топке за пределами воздушного потока таким образом, что струи газообразного топлива полностью находятся в дымовых газах, струями газообразного топлива, вытекающего из сопел, эжектируют дымовые газы, газообразное топливо разбавляют дымовыми газами перед смешиванием его с воздушным потоком, поступающим из горелки, и воспламенением. Изобретение позволяет снизить количество выбросов оксидов азота (NOx). 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к топливосжигающим установкам и может быть использовано для снижения выбросов оксидов азота (NOx) при сжигании газообразного топлива.

Известны горелочные устройства с пилотной горелкой (RU 2 485 398 C1, МПК F23D 17/00, МПК F23С 1/08, МПК F23Q 9/02, опубликован 20.06.2013, RU 2 518 759 C, МПК F23D 17/00, МПК F23С 1/08, МПК F23Q 9/00, опубликован 10.06.2014), которые, при обеспечении качество сжигания топлива и надежности контроля горения, не обеспечивают низкие выбросы NOx. Горелка содержит корпус основной горелки, в котором установлены устройство для подачи газообразного топлива и/или устройство для подачи жидкого топлива, пилотная горелка, корпус основной горелки имеет центральный и периферийный каналы, и в каналах расположены лопатки для завихрения воздуха, устройство для подачи газообразного топлива выполнено в виде газораздающих трубок, расположенных в воздушном канале параллельно оси корпуса основной горелки.

Недостатком рассматриваемой горелки является низкая экологическая эффективность сжигания топлива, из-за конструктивных недостатков горелки в способе организации процесса сжигания, при котором весь топливный газ подается в воздушную среду.

Одним из эффективных способов снижения выбросов NOx являются использование принудительной рециркуляции дымовых газов, что обеспечивает снижение температуры факела и снижение концентрации реагирующих веществ, определяющих образование NOx. При этом наиболее эффективным является способ подачи дымовых газов в каналы горелки (SU 1 101 622 A1, МПК F23D 17/00, опубликовано 07.07.1984). Этот способ реализован в горелке котла ТГМП-204, состоящей из двух каналов подачи воздуха (центрального и периферийного), снабжённых тангенциальными регистрам, по периферии расположен канал ввода дымовых газов рециркуляции, в центре грелки установлена мазутная форсунка. Газовая часть горелки состоит из кольцевого газового коллектора, газораздающей насадки в виде конуса с отверстиями и газоподводящей трубы. Внутренняя труба газового коллектора является направляющей трубой паромеханической форсунки (Сторожук Я.П. Испытания котла ТГМП-204 блока 800 МВТ после реконструкции ввода дымовых газов рециркуляции в топку / Я.П. Сторожук, Д.Р. Носулько // Теплоэнергетика. – 1984. – № .5 – С. 13-15.). Эта горелка не смогла достичь хорошего результата по снижению выбросов NOx из-за конструктивных недостатков в способе организации процесса сжигания.

Для успешного подавления NOx необходимо чтоб дымовые газы рециркуляции не балластировали в прикорневой области горелки, а достигали активной зоны горения, в которой происходит основное образование NOx. Основным недостатком такого способа организации горения остается необходимость наличия системы принудительной подачи дымовых газов рециркуляции с дымососом рециркуляции.

Близким к изобретению является способ снижения выбросов NOx, описанный в изобретениях: RU 2689654C2 опубликовано 2019-05-28, SU 1588987A1 опубликовано 1990-08-03, SU 1695040A1 опубликовано 1991-11-30 , KR 101254928B1 опубликовано 2013-04-19, EP 0893651A1 опубликовано 1999-01-27, US 2012/0186265A1 опубликовано 2012-07-26, WO 01|07833A1 опубликовано 2001-02-01, US 2005/0239005A1 опубликовано 2005-10-27, US 4380429 опубликовано 1998-12-07, EP 2479491A1 опубликовано 2012-07-25, KR 20120070201A опубликовано 2012-06-29, KR 20120074868A опубликовано 2012-07-06, KR 20120082647A опубликовано 2012-07-24, KR 20130061167A опубликовано 2013-06-10, US 5350293 опубликовано 1994-09-27. В некоторых случаях эти изобретения разрабатывались с целью стабилизации режима горения за счет подсоса раскаленных продуктов горения из топки. В этих изобретениях рециркуляция дымовых газов организовывается самими горелками без дополнительных систем подачи дымовых газов, включающих систему дымоходов и дымосос рециркуляции. Дымовые газы эжектируются в зону горения, что обеспечивает сжигание разбавленного топлива и снижение образование NOx. Недостатком способа, используемого в этих изобретениях, является: сложность и дороговизна конструкции горелок, незначительное количество подсасываемых дымовых газов из топки. Дымовые газы эжектируются топливом или воздушным потоком в устье горелки внутри основного воздушного потока, горение происходит в среде воздуха, что в общей сложности снижает эффективность подавления NOx. Рассмотренные изобретения невозможно применить для действующих, установленных в топлвиосжигающей установке горелок.

Более близким к изобретению является группа изобретений в которых используют принцип внутритопочной рециркуляции за счет впрыска газообразного топлива не в воздушный поток, а снаружи устья горелки: US 5542840A опубликовано 1996-08-06, US 6773256B2 опубликовано 2004-08-10, RU 2426030C2 опубликовано 2011-08-10, US 5275552A опубликовано 1994-01-04, US 20080096146A1 опубликовано 2008-04-24, US 6007325A опубликовано 1999-12-28, US 7670135В1 опубликовано 2010-03-02, US 9593847В1 опубликовано 2017-03-14, US 9593848А1 опубликовано 2015-12-10, US 20150285491A1 опубликовано 2015-10-08, US 6875008 В1 опубликовано 2005-04-05, KR 101213883B1 опубликовано 2012-12-18, WO2014162074A1 опубликовано 2014-10-09, US6773256 опубликовано 2004-08-10, WO2008104158A3 2008-09-04. В этих изобретениях запатентованы технические решения, при которых топливный газ и/или воздух разбавляются дымовыми газами перед тем, как они смешиваются и вступают в реакцию. Основным условием надежного сжигания газообразного топлива, при применении этой технологии, является поддержание температуры в топке топливосжигающей установки выше температуры воспламенения топлива и использование устойчивого стабилизатора пламени, при этом воспламенение и стабилизация горения обеспечивается специальными амбразурами или общей температурой в топке. Недостатками этих изобретений является сложность конструкции, необходимость применения специальной амбразуры из жаропрочного бетона и невозможность их применения для действующих, установленных в топлвиосжигающей установке горелок.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является группа изобретений, в которых вся головка горелки (газораздающее устройство с воздушным каналом) выступает в топку: KR 101569455B1 опубликовано 2015-11-16, EP 1980788A1 опубликовано 2008-10-15, US 6071115А опубликовано 2000-06-06, KR 1020170138042 опубликовано 2017-12-14, KR 101822997B1 опубликовано 2018-02-01, JP 6595089B2 опубликовано 2019-10-23, KR 102115576B1 опубликовано 2020-05-27, KR 102143032B1 опубликовано 2020-08-11. В этой группе изобретений эжекция дымовых газов организована газовыми соплами с цилиндрическими насадками, расположенными в топке по наружному периметру воздушного канала горелки. Недостатками этих изобретений является сложность конструкции, необходимость применения специальных жаропрочных сплавов части горелки, выступающей в топку и невозможность их применения для снижения выбросов NOx на действующих, установленных в топлвиосжигающей установке горелок.

Прототипом для изобретения является горелочное устройство с пилотной горелкой (RU 2 518 759 C, МПК F23D 17/00, МПК F23С 1/08, МПК F23Q 9/00, опубликован 10.06.2014), которое, при обеспечении качество сжигания топлива и надежности контроля горения, не обеспечивает низкие выбросы NOx

Основной целью патентуемого изобретения является снижение выбросов NOx при сжигании газообразного топлива за счет малозатратной модернизации горелок без изменения элементов топки топливосжигающей установки. Изобретение можно применить для модернизации установленных, действующих горелок на топлвиосжигающей установке, так и новых горелок. Решение задачи достигается тем, что, газораздающие трубки горелки удлиняют и выводят сопла на край амбразуры в топку в зону между воздушным потоком горелки и дымовыми газами, таким образом что часть струи газообразного топлива находится в воздухе, часть струи находится в дымовых газах. Возможен вариант модернизации, при котором газовые трубки выводят сопла в топку за пределы воздушного потока и располагают по периметру амбразуры в топке, таким образом, что струи газообразного топлива полностью находятся в дымовых газах. На газовых соплах могут быть установлены смесители для организации контролируемого качества эжекции. Струями газообразного топлива, вытекающего из сопел, эжектируют дымовые газы, газообразное топливо разбавляется дымовыми газами перед воспламенением. В результате организации внутритопочной рециркуляции дымовых газов, путём эжекции дымовых газов непосредственно из топки струями газообразного топлива, происходит эффективное подавление NOx за счет снижения температуры факела и концентрации реагирующих веществ.

На фиг. 1 изображен продольный разрез горелки с удлинёнными газовыми трубками (показаны только две удлинённые трубки), которые выводят сопла в топку за пределы воздушного потока и располагают по периметру амбразуры в топке. На фиг.2 изображен продольный разрез горелки с удлинёнными газовыми трубками, которые выводят сопла на край амбразуры в топку. На фиг.3 изображен вид из топки на горелку с удлинёнными газовыми трубками для уменьшения выбросов NOx за счет организации внутритопочной рециркуляции дымовых газов.

Горелка содержит корпус основной горелки, состоящий из внешней воздушной обечайки 1 и внутренней воздушной обечайки 2, которые образуют центральный 3 и периферийный 4 каналы, присоединенные к общему воздушному коробу 5, в каналах расположены лопатки 6 и 7 для завихрения воздуха, устройство для подачи газообразного топлива, выполненное в виде газораздающих трубок 8, расположенных в воздушном канале параллельно оси корпуса основной горелки, газораздающие трубки выходят из газового коллектора 9, центральную трубу 10 для установки форсунки для подачи жидкого топлива, пилотную горелку 11.

На фиг. 1 к газораздающим трубкам 8 горелки, присоединены удлиняющие газовые трубки 12, которые выводят сопла 13 в топку за пределы воздушного потока 14 и располагают по периметру амбразуры в топке, таким образом что струи газообразного топлива 15 полностью находится в дымовых газах 16, на сопло13, может быть установлен смеситель 19.

На фиг. 2 к газораздающим трубкам 8 горелки, присоединены удлиняющие газовые трубки 17, которые выводят сопла 13 на край амбразуры в топку в зону между воздушным потоком горелки 14 и дымовыми газами 16, таким образом что часть струи газообразного топлива 15 находится в воздухе, часть струи находится в дымовых газах.

На фиг. 3 изображена горелка, у которой удлиняющие газовые трубки 12 выводят сопла 13 в топку за пределы воздушного потока. Диаметр 18, на котором устанавливаются сопла, определяется аэродинамическими характеристиками воздушного потока, давлением газообразного топлива и размером амбразуры.

В результате внедрения патентуемой горелки удлиняющие газовые трубки выводят сопла в топку, вытекающие из сопел струи газообразного топлива эжектирует дымовые газы, разбавляются ими, новое подготовленное топливо 20 достигает воздушный поток и процесс горения происходит с меньшими температурами и концентрациями реагирующих веществ, что обеспечивает снижение образования NOx. На сопло газообразного топлива, может быть установлен смеситель 19, который обеспечивает смешение эжектируемых дымовых газов и газообразного топлива и формирование струи разбавленного топлива.

Розжиг горелки происходит на пилотной горелке, в основной канал газообразное топливо подается после набора мощности топливосжигающей установки и разогрева топки до достаточных температур для стабильного воспламенения.

Использование предлагаемого способа снижения выбросов NOx обеспечивает, снижение содержания NOx в дымовых газах на 40-70% без снижения технико-экономических характеристик работы топливосжигающей установки и строительства внешней системы подачи дымовых газов рециркуляции.

1. Способ снижения выбросов оксидов азота заключается в том, что в горелке, содержащей корпус, в котором установлены устройство для подачи газообразного топлива и/или устройство для подачи жидкого топлива, пилотная горелка, центральный и периферийный воздушные каналы, в каналах расположены лопатки для завихрения воздуха, устройство для подачи газообразного топлива выполнено в виде газораздающих трубок, расположенных в воздушном канале параллельно оси корпуса основной горелки, газораздающие трубки на выходе снабжают удлиняющими газовыми трубками с выпускными соплами, которые или размещают в топке на краю амбразуры в зоне между воздушным потоком, поступающим из горелки, и дымовыми газами, таким образом, что часть струи газообразного топлива находится в воздушном потоке, а часть струи газообразного топлива находится в дымовых газах, струями газообразного топлива, вытекающего из сопел, эжектируют дымовые газы, газообразное топливо разбавляют дымовыми газами перед воспламенением, или сопла удлиняющих газовых трубок, расположенных по периметру амбразуры, размещают в топке за пределами воздушного потока, таким образом, что струи газообразного топлива полностью находятся в дымовых газах, струями газообразного топлива, вытекающего из сопел, эжектируют дымовые газы, газообразное топливо разбавляют дымовыми газами перед смешиванием его с воздушным потоком, поступающим из горелки, и воспламенением.

Горелка, содержащая корпус, в котором установлены устройство для подачи газообразного топлива и/или устройство для подачи жидкого топлива, пилотная горелка, центральный и периферийный воздушные каналы, в каналах расположены лопатки для завихрения воздуха, устройство для подачи газообразного топлива выполнено в виде газораздаюших трубок, расположенных в воздушном канале параллельно оси корпуса основной горелки, газораздающие трубки на выходе снабжены удлиняющими газовыми трубками с выпускными соплами, которые или размещены в топке на краю амбразуры в зоне между воздушным потоком, поступающим из горелки, и дымовыми газами или выпускные сопла удлиняющих газовых трубок, расположенных по периметру амбразуры, размещены в топке за пределами воздушного потока.

Горелка по п. 2, отличающаяся тем, что сопла снабжены смесителями.

Изобретение относится к области энергетики. Узел горелки содержит корпус, имеющий воздухозаборное и воздуховыпускное отверстия и выполненный с возможностью направления воздушного потока из воздухозаборного отверстия к выходу из корпуса через воздуховыпускное отверстие, и ограничительную пластину воздушного потока для селективного ограничения объема воздушного потока, выходящего из корпуса, чтобы регулировать тепловую мощность узла горелки, причем ограничительная пластина воздушного потока имеет единственное отверстие, через которое должен проходить весь воздушный поток, проходящий через корпус из воздухозаборного отверстия, чтобы выйти из корпуса через воздуховыпускное отверстие, причем ограничительная пластина воздушного потока выполнена с возможностью селективного извлечения из корпуса.

Способ совместного сжигания газообразных топлив // 2783585

Изобретение относится к области энергетики. Способ включает подачу во вторую и первую топливные линии многофакельной горелки топлива второго и первого типов и их последовательный розжиг.

Печь для обжига известняка и способ подвода тепла к ней // 2776700

Группа изобретений относится к печи для обжига известняка и способу подвода тепла к ней. Печь включает камеру печи (1), устройство подвода тепла и вентилятор для подачи воздуха горения (2).

Способ сжигания предварительно подготовленной "бедной" топливовоздушной смеси жидкого и (или) газообразного топлива и воздуха в трехконтурной малоэмиссионной горелке (варианты) // 2761713

Изобретение относится к областям, где имеют место процессы смесеобразования и сжигания «бедных» смесей жидких или газообразных топлив и воздуха. Сущность изобретения заключается в том, что высокое качество «бедной» смеси газообразного или жидкого топлива и воздуха обеспечивают за счет их двухступенчатого предварительного смешения: струйного смешения компонентов и дополнительного пропускания образовавшейся смеси через проницаемый элемент; в основной циркуляционной зоне сжигают предварительно подготовленную высококачественную «бедную» смесь основного газообразного или жидкого топлива и воздуха, поддерживая в ней концентрацию топлива гораздо меньше нижнего концентрационного предела распространения пламени, а устойчивость горения «бедной» смеси обеспечивают за счет тепла дополнительной циркуляционной зоны, в которой пилотное газообразное топливо сжигают диффузионно.

Двухтопливная форсунка // 2750402

Предлагаемое изобретение относится к устройствам с непосредственным впрыскиванием жидкого углеводородного топлива в капельном состоянии или газообразного углеводородного топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя и подготовкой топливовоздушной смеси для сжигания в зоне горения с участием воздуха.

Горелка // 2689654

Изобретение относится к области энергетики. Горелка содержит систему всасывания рециркулирующихся дымовых газов непосредственно из камеры сгорания при помощи инжектора 1, в который подается поддерживающее горение вещество; систему теплообмена, выполненную с возможностью теплообмена между рециркулирующимися дымовыми газами и поддерживающим горение веществом; систему впрыска топлива непосредственно в рециркулирующиеся дымовые газы, содержащие или не содержащие поддерживающее горение вещество, с образованием смеси: топливо, рециркулирующиеся дымовые газы, поддерживающее горение вещество в зоне вокруг выпускного отверстия инжектора поддерживающего горение вещества и последующего введения смеси в указанную камеру сгорания, при этом инжектор 1 образуется из труб 1а, которые параллельны в своих выходных частях, а также из выпускного конуса 11 горелки, при этом горелка содержит кольцевой канал 12, который представляет собой всасывающую систему для рециркулирующихся дымовых газов, транзитную камеру 2, системы 5 и 8 впрыска топлива, при этом системы впрыска топлива являются впрыскивающей системой 5 и впрыскивающей системой 8, при этом система теплообмена горелки формируется из стенок канала, ограничивающих поток поддерживающего горение вещества, которые имеют поверхность или ее часть, контактирующую с рециркулирующимися дымовыми газами; поток поддерживающего горение вещества движется в противотоке по отношению к входящим дымовым газам, проходящим в кольцевой канал 12, при этом топливо непосредственно вводится выше по потоку от инжектора 1 в рециркулирующиеся дымовые газы системой 5 впрыска и/или ниже по потоку от выходной передней секции инжектора 1 системой 8 впрыска в смесь поддерживающего горение вещества и рециркулирующихся дымовых газов, в последнем случае рециркулирующиеся дымовые газы уже содержат топливо, когда система 5 впрыска также используется, при этом топливо впрыскивается в транзитную камеру 2, и когда топливо является жидким, то происходит его переход в газообразное состояние, при этом в транзитной камере 2 не происходит сжигания топлива.

Система создания огненного эффекта (варианты) и способ создания огненного эффекта // 2686968

Настоящие варианты выполнения относятся к системе и способу создания огненного эффекта. Вариант выполнения включает в себя форсуночный узел с внешней форсункой и внутренней форсункой.

Горелка с регулируемым введением воздуха или газа // 2678466

Изобретение относится к области энергетики. Горелка содержит проходящий по оси X канал первичного воздуха или газа, ограниченный наружной стенкой и концентрической внутренней стенкой, и каналы для радиального введения первичного воздуха или газа, канал воздуха или газа содержит обод, выполненный с возможностью поворотного перемещения и имеющий осевые выступы, образующие распределители, которые взаимодействуют с каналами для радиальной подачи первичного воздуха, расположенными на наружной периферийной части внутренней стенки, и образования двух проходов с разными углами наклона в каждом канале.

Двухконтурная горелка // 2665009

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для непрерывного пламенного сжигания подготовленных топливовоздушных смесей газообразного углеводородного топлива в камерах сгорания газотурбинных установок. Двухконтурная горелка для камеры сгорания газотурбинной установки содержит корпус с каналом подвода воздуха, каналом подвода вспомогательного топлива, двумя коллекторами основного газообразного топлива, подключенными к каналам подвода основного газообразного топлива, и цилиндрическим насадком с форсунками, расположенными в торцевой части насадка и подключенными к каналу подвода вспомогательного топлива, кожух с коническим раструбом, расположенный коаксиально цилиндрическому насадку с образованием между ними кольцевой полости, и кольцевую тонкостенную перегородку, установленную в кольцевой полости с образованием двух смесительных камер, сообщенных с каналом подвода воздуха, причем в каждой смесительной камере установлены топливоподающие трубки с калиброванными отверстиями, расположенные перпендикулярно направлению потока воздуха и сообщенные с одним из коллекторов основного газообразного топлива, а также средства воздействия на поток топливовоздушной смеси.

Устройство для термической нейтрализации промышленных стоков // 2643223

Изобретение относится к устройствам для термической нейтрализации огневым методом жидких отходов, преимущественно технологических сточных вод - промышленных стоков, образующихся на газоконденсатных и нефтяных месторождениях. Техническим результатом является повышение эффективности процесса нейтрализации за счет повышения качества распыливания промышленных стоков.

Отопительная установка на биомассе с оптимизированной обработкой дымовых газов // 2781076

Изобретение относится к области энергетики. Отопительная установка на биомассе для сжигания топлива в виде пеллет и/или щепы содержит котёл с топочным устройством, теплообменник с входом и выходом, причем топочное устройство имеет топочную камеру с первичной зоной сжигания и предусмотренной ниже по потоку относительно нее вторичной зоной сжигания, причем вторичная зона сжигания топочной камеры гидродинамически соединена с входом теплообменника, причем первичная зона сжигания ограничена со стороны посредством нескольких кирпичей топочной камеры, причем отопительная установка на биомассе также имеет рециркулирующее устройство для рециркуляции образовавшегося при сжигании топлива в топочном устройстве дымового газа.