Спосіб спалювання газоподібного палива

Реферат: Пропозиція належить до способів спалювання газоподібного палива з попереднім змішуванням палива з повітрям. Спосіб може бути використаний в енергетиці при експлуатації теплотехнічних агрегатів, обладнаних газовими пальниками з примусовою подачею повітря. В результаті подачі палива одним потоком, а дуттьового повітря двома потоками, один з яких, основний, перед змішуванням з паливом закручують, а другий, додатковий, направляють транзитом безпосередньо в зону горіння в кінець ядра факела, забезпечується суттєве зниження основної токсичної речовини - оксидів азоту, і, за рахунок цього, здійснюється захист атмосферного повітря від забруднення токсичними речовинами. Додатковою особливістю способу є те, що кількість додаткового повітряного потоку дорівнює 1÷5 %, а кількість повітря основного потоку - 99÷95 % від усієї кількості дуттьового повітря, необхідної для повного спалювання палива. UA 113559 C2 (12) UA 113559 C2 UA 113559 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до способів спалювання газоподібного палива з попереднім змішуванням палива з повітрям. Спосіб може бути використаний в енергетиці при експлуатації теплотехнічних агрегатів, обладнаних газовими пальниками з примусовою подачею повітря. 4 Відомий спосіб спалювання газоподібного палива [А.с. СССР № 1270491 Мкл F23C 11/100, 1986], який здійснюють за рахунок того, що вздовж осі закрученого потоку подають частину баласту і частину газоподібного палива, які створюють суміш, а в периферійну зону закрученого повітряного потоку радіальними струменями подають іншу частину палива в суміші з баластом, концентрація якого така сама як і концентрація баласту в суміші з паливом, яке подають по осі повітряного потоку. Тобто, таким чином все паливо попередньо змішують з усім повітрям і баластом. Як баласт можна використовувати будь-який інертний газ (наприклад, гази рециркуляції, водяну пару). Підтримування однакової концентрації баласту в двох частинах палива, які подають вздовж осі повітряного закрученого потоку і по його периферійній зоні, виконати принаймні не просто і, головне, змішування палива з баластом призводить до помітного зменшення теплотворної здатності палива і, таким чином, до збільшення витрати палива. При цьому відомий спосіб зменшує вихід оксидів азоту при ступені рециркуляції у 10 % всього на 27 %. Відомий і найбільш близький до пропонованого способу є спосіб спалювання газоподібного 2 палива [А.с. СССР № 566063 Мкл F23D 13/00, 1977], згідно з яким дуттьове повітря подають одним потоком, а паливо для змішування з ним – одночасно двома потоками зі співвідношенням витрат 1:1,5, що відповідає 40 % і 60 % від загального потоку палива Перший потік палива подають у повітря суцільним струменем, а другий – роздробленими струменями. Паливо, яке подають струменями, швидко перемішують з повітрям, підпалюють і горіння здійснюють з утворенням факела. Паливо, яке подають суцільним струменем, внаслідок повільного перемішування з повітрям, починає горіти після завершення горіння палива, яке подають роздробленими струменями. Тобто, перемішування палива, яке подають суцільним струменем з повітрям повинно бути завершено не раніше і не пізніше, ніж згорить паливо, яке подають роздробленими струменями. Для цього оптимальна відстань від зрізу пальника для подачі палива суцільним потоком становить 2÷3 калібри пальника. Але провести так перемішування дуже обтяжлива справа і є небезпека в тому, що створення суміші раніше може привести до хлопка паливо-повітряної суміші, а пізніше – до недопалу. Хлопок призводить до аварійної ситуації, а недопал – до зниження ККД і збільшення витрати палива. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу спалювання газоподібного палива, в якому, в результаті подачі палива одним потоком, а дуттьового повітря двома потоками, один з яких, основний, перед змішуванням з паливом закручують, а другий додатковий, направляють транзитом безпосередньо в зону горіння в кінець ядра факела, забезпечується суттєве зниження основної токсичної речовини – оксидів азоту, і, за рахунок цього, здійснюється захист атмосферного повітря від забруднення. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в способі спалювання газоподібного палива, який містить подачу дуттьового повітря і палива для змішування, підпалу і згоряння паливоповітряної суміші з утворенням факела з високотемпературним ядром, згідно з винаходом, паливо подають одним потоком, а дуттьове повітря – двома, один з яких, основний, перед змішуванням з паливом закручують, а другий, додатковий, направляють транзитом без змішування з паливом безпосередньо в зону горіння в кінець ядра факела. Додатковою відзнакою способу спалювання газоподібного палива є те, що кількість повітря додаткового потоку дорівнює 1÷5 %, а кількість повітря основного потоку – 99÷95 % від усієї кількості дуттьового повітря, необхідної для повного спалювання палива. Сукупність відмітних ознак пропозиції дає можливість виконати поставлену задачу тому, що згоряння палива спочатку здійснюють з недостатньою кількістю повітря (кисню) і це призводить до зменшення кисню в продуктах згоряння і зниження температури горіння. Недостатня кількість кисню і низька температура згоряння обмежують процес активного окислення азоту дуттьового повітря і тому створюється значно менше токсичної речовини – оксидів азоту в продуктах згоряння. Одночасно в продуктах згоряння спочатку з'являється недопал – це, в основному, оксиди вуглецю (СО), можливо водень (Н2), метан (СН4) та інші, які потім догоряють завдяки додатковому дуттьовому повітрю і в кінцевих продуктах згоряння з недопалу може залишитися тільки оксид вуглецю у допустимій кількості. На кресленні представлена схема здійснення пропонованого способу спалювання газоподібного палива. Загальний дуттьовий повітряний потік 1 для спалювання усього палива поділяють на два потоки. Один, основний, потік 2 закручують і направляють в зону змішування з паливом, яке до 1 UA 113559 C2 5 10 15 20 25 30 35 зони змішування подають одним потоком 3, а в саму зону – струменями. Суміш: підпалюють і горіння організують з утворенням факела і високотемпературного ядра всередині факела. Додатковий потік 4 направляють транзитом без змішування з паливом безпосередньо в кінець ядра факела. При цьому кількість додаткового повітряного потоку дорівнює 1÷5 %, а кількість основного дорівнює 99÷95 % від усього необхідного повітря для повного спалювання палива. 3 3 Приклад 1. За прототипом. Дуттьове повітря подають одним потоком об'ємом 10,95 м /м , що відповідає коефіцієнту надлишку повітря =1,15. Паливо подають одночасно двома потоками зі співвідношенням витрат 1:1,5, що відповідає 40 % і 60 % від загальної подачі 3 палива. Перший потік палива об'ємом 0,4 м /год. подають у повітря суцільним струменем, а 3 другий роздробленими струменями об'ємом 0,6 м /год. Роздроблені струмені палива швидко перемішуються з повітрям, паливоповітряну суміш підпалюють і горіння здійснюється з утворенням факела. Паливо, яке подають суцільним струменем, внаслідок повільного перемішування з повітрям, починає горіти після завершення горіння палива, яке подається роздробленими струменями, а після згоряння всього палива продукти згоряння з концентрацією 3 3 оксидів азоту NO2=180 мг/м і оксидів вуглецю СО=120 мг/м направляють у димохід. Токсичність при цьому 180 120   2124 одиниць 0,085 20 3 3 (де 0,085 мг/м і 20 мг/м – гранично дозволена концентрація оксидів азоту і вуглецю відповідно). 3 3 Приклад 2. За пропонованим способом. Повітряний потік об'ємом 10,95 м /м для спалення 3 усього палива об'ємом 1 м /год. поділяють на два потоки: додатковий в кількості від усього 3 3 необхідного 1 % чи 0,11 м , і основний в кількості 99 % чи 10,84 м відповідно. Основний потік направляють в зону змішування з усім паливом, яке в зону змішування подають роздробленими струменями, при цьому коефіцієнт надлишку повітря в суміші становить =1,14. Суміш підпалюють і горіння здійснюють з утворенням факела і високотемпературного ядра всередині факелу. Додаткове повітря в одночасі подають з основним, але транзитом без змішування з паливом, безпосередньо в кінець ядра факела. Згоряння палива з недостатньою кількістю основного повітря (99 %) призводить до зменшення кисню в продуктах згоряння і зниження 3 температури згоряння і зменшення концентрації оксидів азоту (NO2) до 142 мг/м . А продукти неповного згоряння завдяки подачі додаткового повітря, догоряють вже за ядром факела. В 3 продуктах згоряння, крім NO2, залишається оксид вуглецю (CO) з концентрацією у 121 мг/м , що знаходиться в межах встановленої норми. При цьому показник токсичності всього 145 121   1676 одиниць . 0,085 20 3 Приклад 3. Як в п. 2, тільки додатковий потік в кількості 3 % чи 0,33 м , а основний – в 3 кількості 97 % чи 10,62 м . Результати в таблиці. 3 Приклад 4. Як в п. 2, тільки додатковий – в кількості 5 % чи 0,55 м , а основний – в кількості 3 95 % чи 10,4 м . 3 Приклад 5. Як в п. 2, тільки додатковий – в кількості 7 % чи 0,77 м , а основний – в кількості 3 93 % чи 10,18 м . 40 Таблиця Порівняльні показники здійснення способів за прототипом і пропонованим приклад №№ 1 1 2 3 4 5 Об'єм повітря, Коефіцієнт Концентрація, 3 3 м надлишку мг/м додаткового основного додаткового основного повітря,  NO2 CO 2 3 4 5 6 7 8 прототип 0 100 10,95 1,15 180 120 пропонований 1 99 0,11 10,84 1,14 142 121 3 97 0,33 10,62 1,11 101 129 5 95 0,55 10,40 1,09 70 133 7 93 0,77 10,18 1,07 65 2000 Відсоток повітря, % 2 Токсичність, одиниць 9 2124 1676 1195 826 865 UA 113559 C2 5 10 15 Як бачимо з таблиці, токсичність в пропонованих межах розподілу додаткового і основного повітря від 1 % до 5 % і від 99 % до 95 % відповідно, знижується з 2124 до 826 одиниць. Зниження токсичності відбувається за рахунок зниження оксидів азоту, яке, в свою чергу, здійснюється за рахунок спалення палива з основним повітрям, яке подають до змішування у недостатній кількості – всього від 99 % до 95 %. А продукти неповного згоряння, які при цьому утворюються, догоряють за рахунок додаткового палива, яке в зону згоряння подають в кількості від 1 % до 5 % і в продуктах згоряння, крім NO2, залишається СО в межах норм, як і у прототипі. При збільшенні кількості додаткового повітря більше 5 % і зменшенні основного повітря менше 95 % утворення оксидів азоту знижується, а оксидів вуглецю починає суттєво збільшуватись і токсичність продуктів згоряння вже починає зростати. Середня токсичність продуктів згоряння в пропонованих межах 1676  1195  826  1232 одиниці проти 2124 за прототипом. Тобто, зменшення токсичності буде 3 на 2124  1232  100  42 % , що є суттєвим. 2124 Зменшення токсичності продуктів згоряння, що викидаються до атмосфери, підвищує захист навколишнього середовища від забруднення токсичними речовинами. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 1. Спосіб спалювання газоподібного палива, який включає подачу дуттьового повітря і палива для змішування, підпалу і згоряння паливоповітряної суміші з утворенням факела з високотемпературним ядром, який відрізняється тим, що паливо подають одним потоком, а дуттьове повітря - двома, один з яких, основний, перед змішуванням з паливом закручують, а другий, додатковий, направляють транзитом без змішування з паливом безпосередньо в зону горіння в кінець ядра факела. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кількість повітря додаткового потоку дорівнює 1÷5 %, а кількість повітря основного потоку - 99÷95 % від усієї кількості дуттьового повітря, необхідної для повного спалювання палива. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3