Способ сжигания топлива

(54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА (57) Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при сжигании топлива в топках котлов, Цель изобретения - снижение образования оксидов азота путем замедления скорости процесса окисления топлива, Сжигание топлива осуществляется при многоступенчатой подаче воздуха на горение с обеспечением недожога по меньшей мере На первой ступени и с полным дожиганием на последней ступени. Полученные продукты недожога перед подачей их в каждую последующую ступень охлаждают до минимальной температуры, обеспечивающей их устойчивое воспламенение, а время пребывания продуктов недожога в каждой последующей ступени устанавливают не меньше, чем в предыдущей. 1 ил,хнический науч тут им. Ф.Э. Дз ние выбросов оксипри сжигание оргаСер. "Котельные вка". Итоги науки и 987, М 7.ЕПВ04, 1983,ергеке, и ании экономичности сжигания, Это объясняется тем, что поскольку весь процесс горения протекает в одной камере сгорания, то невозможно осуществить значительного перераспределения по ярусам указанных компонентов сжигания при обеспечении полного выгорания топлива без существенного увеличения габаритов камеры.Наиболее близким техническим решением, поинятым в качестве прототипа, является способ сжигания топлива, включающий многоступенчатую подачу воздуха на горение с обеспечением недожога на первой ступени и с полным дожиганием на последней ступени, В данном случае все топливо подается в начале камеры сгорания, а воздух постепенно подмешивается по длине факела,относится к теплоэ и к котельной техн ользовано при сжи кот,юв,Изобретен и ике, в частнос может быть ис оплива в топкаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзный теплотеисследовательский инстижинского(56) Котлер В.Р. Снижедов азота котлами ТЭСнического топлива,установки и водоподгототехники В И Н ИТИ, М., 1Европейский патентМ 0073265, кл, Г 23 С 6/ Известен способ нестехиометрического сжигания топлива, согласно которому топливо, воздух или оба одновременно пере- распределяются по ярусам горелок таким образом, чтобы создать по высоте факела зоны с недостатком окислителя, где проис ходит восстановление образовавшихся о сидов азота, и с избытком окислителя, гд происходит дожигание продуктов неполн го сгорания.Однако известный способ характеризуется недостаточным снижением выбросов оксидов азота (на 15 - 250) и ухудшением 1726897 А 15 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Данное техническое решение имеетследующие недостатки. Практика эксплуатации котлов и газовых турбин показывает,что ступенчатое сжигание топлива позволяет снизить выбросы оксидов азота на 40 -50 , Более глубокое снижение выбросов неосуществимо по двум причинам. Во-первых,при конструировании, изготовлении и монтаже камер сгорания не удается получить ихдостаточной длины, чтобы обеспечить размеры зон, необходимые для восстановления оксидов азота, и полное выгораниетоплива. Во-вторых, из восстановительнойзоны в зону догорания поступают раскаленные газы, в результате чего по всей длинефакела поддерживается высокая температура горения, что, в свою очередь, приводитк образованию большого количества оксидов азота.Целью изобретения является снижениеобразования оксидов азота путем замедления скорости процесса окисления топлива.Поставленная цель достигается тем, чтопри сжигании топлива, включающем многоступенчатую подачу воздуха на горение собеспечением недожога по меньшей мерена первой ступени и с полным дожиганиемна последней ступени, полученные продукты недожога перед подачей их в каждуюпоследующую ступень охлаждают до минимальной температуры, обеспечивающей ихустойчивое воспламенение, а время пребывания продуктов недожога в.каждой последующей ступени устанавливают неменьшим, чем в предыдущей,Причинно-следственная связь между отличительными признаками и целью заключается в следующем. При горении топлива снедостатком окислителя образовавшиесяоксиды азота восстанавливаются продуктами неполного сгорания до азота.Охлаждение продуктов недожога передподачей их в каждую последующую ступеньдо минимальной температуры, обеспечивающей их устойчивое там воспламенение,ведет к снижению температуры горения имаксимально замедляет процесс окисления топлива в соответствии с законом Аррениуса, что приводит к снижениюскорости окисления азота, При этом увеличение времени пребывания продуктов недожога в каждой последующей ступенипозволяет полностью использовать поданный в каждую ступень окислитель при максимально возможном восстановленииобразовавшихся оксидов азота и полномвыгорании топлива на последней ступени,. что в целом позволяет обеспечить поставленную в предлагаемом техническом решении цель- снижение концентрации оксидов азота в уходящих газах,На чертеже схематически представлена установка для реализации предлагаемого способа,Установка включает в себя топочную камеру 1 первой ступени, содержащую горелочные устройства 2, подсоединенные к трубопроводу 3 подвода топлива и воздушному коробу 4, топочную камеру 5 второй ступени, содержащую горелочные устройства 6, подключенные к газоходу 7 первой ступени и воздушному коробу 8, охлаждающие поверхности 9, установленные на выходе из камер горения обеих ступеней и дымосос 10, расположенный за охлаждающей поверхностью 9 второй ступени.Способ осуществляется следующим образом.Все топливо (100;4) и половина (50 ), необходимого для его сгорания воздуха, поступает соответственно по трубопроводу 3 и воздушному коробу 4 в горелочное устройство 2, а затеМ в топочную камеру 1 первой ступени, в которой осуществляется сгорание половины (50) всего топлива. Образовавшиеся в этой камере оксиды азота восстанавливаются полученными продуктами неполного сжигания топлива, Дымовые газы, содержащие 50 несгоревшего топлива в виде продуктов его недожога или газификации, проходят через охлаждающие поверхности 9 первой ступени и охлаждаются до минимальной температуры, обеспечивающей их устойчивое воспламенение в топочной камере 5 второй ступени и составляющей приблизительно 300 - 500 С в зависимости от вида сжигаемого топлива и его состава.Температура воспламенения зависит от физико-химических свойств топлива, в частности газа, а также от ряда внешних условий, ускоряющих или замедляющих процесс, например условий теплоотдачи и т. д, Практически за температуру воспламенения берут самую низкую температуру, при которой начинается быстрое сгорание газовой смеси. Для газовых смесей различного состава температуру воспламенения определяют экспериментально.После охлаждения в первой ступени продукты недожога проходят газоход 7 и поступают через горелочные устройства 6 в топочную камеру 5 второй ступени. Туда же из воздушного короба 8 подается остальной воздух (50 ), необходимый для выгорания топлива, Поскольку горение в камере 5 происходит при значительной балластировке продуктов недожога, к тому же максимально охлаждаемых, адиабатиче1726897 45 50 ская температура их горения очень низкая,в результате чего замедляется процессокисления азота,что в значительной степени снижает образование оксидов азота.Вместе с тем, температура продуктов 5недожога достаточна для устойчивого и эффективного их выгорания во второй ступени, Образовавшиеся после полногосжигания в топочной камере 5 второй ступени дымовые газы проходят через охлаждающие поверхности 9 указанной ступени,где охлаждаются до требуемой температуры и дымососом 10 сбрасываются в атмосферу. Расчетные и экспериментальныеданные показали,.что полное выгорание 15топлива в камере 5 второй ступени и восстановление образовавшихся оксидовазота в топочной камере 1 первой ступенидостигается при соотношении временипребывания продуктов сгорания во второй 20и в первой камерах не менее 1,33. Поэтомуобъем топочной камеры 5 второй ступенидолжен превышать объем топочной камеры1 первой ступени на 20 - 30;,Использование предлагаемого способа 25сжигания топлива обеспечивает по сравнению с существующими способами снижение общего содержания оксидов азота вдымовых газах установки в 4 - 6 раз или на75-80 ф/о. 30П р и м е р. Стенд для исследованиясжигания природного газа состоит из двухкамер длиной до 6 м. Для отбора проб продуктов сгорания стенки камер оборудованылючками. Внутреннее сечение камер 351500 х 700 мм, На входе в камеры установлены горелки. На выходе из первой камерыустановлены змеевики охладителя,Процесс сжигания природного газа осуществляется при подаче всего топлива и 4050 ф воздуха в горелки первой камеры, а вгорелки второй камеры - остальной воздух и продукты недожога из первой камеры. Во второй камере устойчивое горение наблюдается при температуре продуктов недожога перед ней не ниже 350 С. Кроме того, выгорание.топлива и минимальная концентрация оксидов азота в первой камере были зафиксированы на расстоянии - 3 м по длине камеры, а во второй камере - около 4 м, Таким образом, для осуществления эффективного сжигания топлива при достижении минимальных концентраций оксидов азота время пребывания продуктов сгорания во второй камере должно быть в 1,33 раза больше, чем в первой камере,Содержание оксидов азота в уходящих газах при сжигании природного газа на стендовой установке с применением предзлагаемого способа составило 50-70 мг/м . При этом, если продукты неполного сгорания топлива первой камеры не охлаждались, содержание оксидов азота в дымовых газах составило 260-300 мг/м, т. е, концензтрация оксидов азота в уходящих газах снизилась в 5 раз,Формула изобретения Способ сжигания топлива путем многоступенчатой подачи воздуха на горение с обеспечением недожога по меньшей мере на первой ступени, охлаждения в активной зоне горения образовавшихся продуктов недожога и полного их дожигания на последней ступени, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения образования оксидов азота путем замедления скорости процесса окисления топлива, полученные продукты недожога непосредственно перед подачей их в каждую последующую ступень дополнительно охлаждают до температуры их воспламенения, а время пребывания продуктов недожога в каждой последующей ступени устанавливают не меньшим, чем в предыдущей,1726897 0 оставитель О. Морозоехред М,Моргентал Ко исин едакт ор Т. Мал Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 1268 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5