способ ступенчатого сжигания топливно-воздушной смеси

Формула изобретения

СПОСОБ СТУПЕНЧАТОГО СЖИГАНИЯ ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ в пылеугольных котлах с топками, имеющими более двух ярусов горелок, путем перераспределения топлива между ярусами горелок так, что часть топлива подают в горелки нижнего яруса, остальное количество топлива и вспомогательное топливо совместно с транспортирующей средой вводят в средний ярус над основными горелками поперечно потоку дымовых газов, а в верхний ярус горелок подают воздух, необходимый для дожигания продуктов неполного горения топлива, отличающийся тем, что смесь топлива с транспортирующей средой и воздух, подаваемые соответственно в средний и верхний ярусы горелок, вводят в топку в виде закрученных струй.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в пылеугольных котлах.

Ступенчатое сжигание топливовоздушной смеси в пылеугольных котлах является эффективным средством уменьшения выбросов окислов азота.

Ступенчатое сжигание может быть реализовано различными способами, например путем сброса части воздуха в топку помимо горелок, перераспределением топлива или воздуха между ярусами горелок в топках с многоярусным расположением горелок, а в пылеугольных котлах, оборудованных пылесистемами с промбункером, увеличением подачи топлива в нижние горелки при неизменном распределении воздуха между горелками всех ярусов, которое обеспечивают различной частотой вращения пылепитателей, связанных с верхними и нижними горелками.

Известные способы ступенчатого сжигания [1-3] аналогичные предлагаемому.

Одним из наиболее эффективных технологических способов подавления выбросов окислов азота в топочном процессе является трехступенчатое сжигание топлива, которое предусматривает организацию в верхней части топки зоны восстановления, где окислы азота восстанавливаются до молекулярного азота. В качестве восстановительной среды используются продукты неполного горения части основного или вспомогательного топлива окись углерода, водород, сероводород, а также промежуточные нестабильные продукты горения обрывки реакционных цепей, радикалы, активные центры.

Малая масса топлива, необходимого для получения восстановительной среды, не позволяет организовать его равномерное распределение по сечению топочной камеры. Поэтому ввод вспомогательного топлива в восстановительную зону осуществляется в смеси со значительной массой транспортирующей среды: воздуха или дымовых газов. Смесь транспортирующей среды и вспомогательного топлива вводится в топку через ряд шлицев поперек (либо под некоторым углом) к восходящему высокотемпературному потоку дымовых газов. Одновременно с аэродинамическими процессами развития струи указанной смеси происходит частичное выгорание ее и формирование восстановительной среды. Протяженность восстановительной зоны должна обеспечивать время пребывания в этой зоне продуктов сгорания из основных горелок не менее 600 мс. За это время в основном завершаются процессы восстановления окислов азота.

Учитывая ограниченность высоты топочной камеры, можно констатировать, что эффективность трехступенчатого сжигания будет в большой мере зависеть от степени равномерности распределения восстановительной среды в сечении топочной камеры, что с учетом больших размеров топочной камеры (в плане) представляет сложную инженерную задачу.

В настоящее время ввод восстановительной среды в топку осуществляется системой прямоточных струй.

Наиболее близким к предлагаемому способу сжигания топливовоздушной смеси является способ [4] Этот способ ступенчатого сжигания топливовоздушной смеси в пылеугольных котлах, оборудованных топками с более чем двумя ярусами горелок, предусматривает подачу топлива путем перераспределения его между ярусами горелок так, что часть топлива подают в горелки основного нижнего яруса, остальное количество топлива и вспомогательное топливо совместно с транспортирующей средой вводят в средний ярус над основными горелками поперечно потоку дымовых газов, а в верхний ярус горелок подают воздух, необходимый для дожигания продуктов неполного горения топлива.

Недостатком данного способа является то, что при вводе восстановительной среды в топку прямоточными струями для достаточного заполнения объема топки при сравнительно малом угле раскрытия прямоточных струй необходимо большое число шлицев для ввода восстановительной среды. Это усложняет конструкцию котла, систему обвязки котла воздухо- и газопроводами и соответственно условия эксплуатационного и ремонтного обслуживания котла. Кроме того, должны выполняться шлицы различного размера, что обеспечит различную дальнобойность отдельных струй восстановительной среды. Аналогичные проблемы существуют и при вводе воздуха на дожигание.

С целью устранения указанных недостатков и повышения эффективности подавления окислов азота в предлагаемом способе ступенчатого сжигания топливовоздушной смеси в пылеугольных котлах, оборудованных топками с более чем двумя ярусами горелок, путем перераспределения топлива между ярусами горелок так, что часть топлива подают в горелки основного нижнего яруса, остальное количество топлива и вспомогательное топливо совместно с транспортирующей средой вводят в средний ярус над основными горелками поперечно потоку дымовых газов, а в верхний ярус горелок подают воздух, необходимый для дожигания продуктов неполного горения топлива, смесь топлива с транспортирующей средой и воздух, подаваемые в средний и верхний ярусы горелок, вводят в топку в виде закрученных струй.

На фиг. 1 и 2 представлена схема осуществления предлагаемого способа ступенчатого сжигания топливовоздушной смеси в пылеугольных котлах.

На фиг. 1 показана схема трехступенчатого сжигания с вводом в восстановительную зону смеси вспомогательного топлива и транспортирующей среды, с подачей воздуха в зону дожигания в виде закрученных потоков. Таким образом, здесь обе среды восстановительная и окислительная поступают в топку в виде системы поперечных вихревых струй.

В топочной камере выделены по высоте три зоны: зона 1 активного горения, восстановительная зона 2 и зона 3 дожигания.

Основную часть расчетного расхода топлива 4 и воздуха 5 подают в зону 1 активного горения через основные горелки (горелки первого, нижнего яруса). Остальную часть топлива либо вспомогательное топливо 6 вместе с транспортирующей средой 7 подают в топку над основным горелочным поясом через ряд шлицев на ограждающих поверхностях, т.е. в восстановительную зону 2.

Часть воздуха 8, необходимого для дожигания продуктов неполного горения, направляют в зону 3 дожигания.

Ввод смеси вспомогательного топлива 6 и транспортирующей среды 7 в восстановительную зону 2, а также воздуха 8 в зону 3 дожигания осуществляется в виде вихревых струй.

На фиг. 2 показано поперечное сечение топки, представлен вариант организации трехступенчатого сжигания с чередованием вихревых 9 и прямоточных струй восстановительных и окислительных сред.

Реализацию предложенного решения обеспечивают выполнением амбразур круглого сечения в ограждающих поверхностях топки для ввода восстановительной и окислительной сред с размещением в них лопаточных завихрителей.

За счет большего, чем у прямоточных струй, угла раскрытия удается охватить влиянием каждого шлица с закручивающим устройством значительно большую часть сечения топки. На одном и том же участке топки по высоте диаметр следа струи после заглубления ее в сносящий поток дымовых газов в случае крутки оказывается в 2-2,5 раза больше, чем в случае прямотока.

Сравнительный анализ результатов расчетов, выполненных применительно к котлу ТПП-804 блока 800 МВт, показывает, что при подаче топливовоздушной смеси в восстановительную зону переход от прямоточных струй к закрученным струям увеличивает степень заполнения сечения топки восстановительной средой от 0,38 до 0,65.