способ трехступенчатого сжигания топливовоздушной смеси в пылеугольных котлах

Формула изобретения

Способ трехступенчатого сжигания топливовоздушной смеси в пылеугольных котлах с шахтно-мельничными топками, имеющих одну или несколько амбразур для ввода аэросмеси в топку и ряд сопл для ввода воздуха, основанный на перераспределении потока между сжигающими устройствами с подачей вторичного воздуха, обеспечивающего дожигание продуктов неполного горения топлива, отличающийся тем, что часть потока аэросмеси для восстановительной зоны с помощью патрубков отводят из выходного участка шахты к шлицам над основной амбразурой, при этом забирают аэросмесь высокой концентрации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к технологии сжатия топливовоздушной смеси в пылеугольных котлах с шахтно-мельничными топками.

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

Ступенчатое сжигание может быть реализовано различными способами, например, путем ввода 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 промбункерами, увеличением подачи топлива в горелки нижнего яруса при неизменном распределении воздуха между горелками всех ярусов, которое обеспечивают различной частотой вращения пылепитателей, связанных с верхними и нижними горелками.

Одним из наиболее эффективных технологических способов подавления выбросов окислов азота в топочном процессе является трехступенчатое сжигания 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, потребного для получения восстановительной среды, не позволяет организовать его равномерное распределение по сечению топочной камеры. Поэтому ввод вспомогательного топлива в восстановительную зону осуществляют в смеси его со значительной массой транспортирующей среды: воздуха или дымовых газов.

Смесь транспортирующей среды 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 не менее 600 мс. За это время в основном завершается процесс восстановления окислов азота.

Эффективность трехступенчатого сжигания будет в большей мере зависеть от степени равномерности распределения восстановительной среды в сечении топочной камеры, что с учетом больших размеров топочной камеры представляет сложную инженерную задачу.

В котлах, оснащенных шахтно-мельничными топками, отсутствует пылепровод. Аэросмесь из зоны размола и сушки поступает непосредственно в топку из амбразуры с низкой скоростью. В таких условиях осуществить выделение части основного твердого топлива для использования его в качестве источника для восстановительной среды невозможно. В то же время разделение потока аэросмеси в амбразуре не дает необходимого эффекта поскольку не удается при этом обеспечить дистанционирование этих потоков по высоте.

Наиболее близким техническим режимом является способ ступенчатого сжигания топливовоздушной смеси в пылеугольных котлах, оборудованных топками с более чем двумя ярусами горелок, предусматривающий подачу топлива путем перераспределения его между ярусами горелок так, что часть топлива подают в горелки основного нижнего яруса, остальное топливо вместе с транспортирующей средой вводят в средний ярус над основными горелками, а в верхний ярус горелок подают воздух, необходимый для дожигания продуктов неполного горения топлива.

Недостатком указанного способа является необходимость большого числа шлицев для ввода восстановительной среды.

Это объясняется неравномерностью распределения топлива и воздуха между верхним и нижним выходными каналами амбразуры, при этом концентрация пыли в нижней части амбразуры на порядок выше, чем в верхней ее части.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение - повышение экологической безопасности окружающей среды путем снижения выбросов окислов азота.

Для решения поставленной задачи по известному способу трехступенчатого сжигания топливовоздушной смеси, основанному на перераспределении топлива между сжигающими устройствами и подаче воздуха, необходимого для дожигания продуктов неполного горения топлива часть потока аэросмеси для восстановительной зоны с помощью патрубков отводят из выходного участка шахты к шлицам над основной амбразурой, при этом забирают аэросмесь высокой концентрации.

Реализуется предлагаемый способ с помощью схемы, изображенной на чертеже. На чертеже показана схема трехстучанчатого сжигания с вводом в восстановительную зону топливовоздушной смеси и воздуха в зону дожигания.

Предлагаемая схема содержит топку 1 с шахтным сепаратором 2, амбразуру 3, соединяющую шахтный сепаратор 2 с топкой 1. На выходе из амбразуры 3 установлен рассекатель 4, образующий два выходных из амбразуры 3 канала 5, обеспечивающих подачу аэросмеси в топку 1. Над амбразурой 3 расположены сопла 6 для подачи вторичного воздуха. На входе в амбразуру 3 (в районе пережима амбразуры) расположена нижняя часть пылезаборного патрубка 7, а верхняя его часть расположена над соплом вторичного воздуха 6. Выше пылезаборного патрубка расположены сопла третичного воздуха 8.

Реализуется предлагаемый способ трехступенчатого сжигания в горелочных устройствах с шахтно-мельничными топками следующим образом.

На входе в амбразуру организуется поток аэросмеси неоднородной концентрации по высоте амбразуры. Наиболее концентрированным является поток в нижней части амбразуры.

Для организации восстановительной зоны с целью снижения выброса окислов азота организуют с помощью патрубка 7 забор высококонцентрированной аэросмеси в нижней части амбразуры (в районе пережима) и подают ее в область топочного пространства над основным факелом. Основная же часть топлива подается через каналы 5, а воздуха - через каналы 6 в топку 1, где и происходит сгорание в основном факеле, при котором образуется значительная часть окислов азота.

За счет сжигания над основным факелом части аэросмеси (20-30%) с недостатком окислителя создается зона с восстановительной средой. В этой зоне благодаря присутствия углеводородов интенсифицируются реакции взаимодействия окислов азота и азотосодержащих радикалов (аминов и др.), в результате чего происходит частичное восстановление окислов азота до молекулярного азота.

Установка сопел третичного воздуха 8 над патрубком 7 обеспечивает дожигание продуктов неполного сгорания.

Патрубки 6 в нижней своей части имеют открытый срез.

Реализация предлагаемого способа трехступенчатого сжигания твердого топлива в шахтно-мельничной топке позволит снизить концентрацию окислов азота в уходящих газах котла на 30-40% от исходной величины, что окажет благоприятное воздействие на окружающую среду.

Предлагаемое техническое решение прошло опытную проверку на электростанциях Урала.