Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в устройствах, обеспечивающих сжигание угля, нефтепродуктов, природного газа. Сущность изобретения: осуществляют подачу топлива и воздуха с коэффициентом его избытка 0,85 - 0,9999, охлаждение продуктов сгорания до 150 - 850°С и очистку от окислов азота в первом блоке катализатора, причем в качестве катализатора могут применяться оксидные соединения на основе хрома, кобальта, никеля, железа и других элементов с использованием промотирующих добавок. После очистки продукты сгорания дожигают при дополнительной подаче воздуха. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2037099
Класс(ы) патента: F23C11/00, F23C6/00
Номер заявки: 93052672/06
Дата подачи заявки: 25.11.1993
Дата публикации: 09.06.1995
Заявитель(и): Бочков Максим Витальевич; Слинько Михаил Гаврилович
Автор(ы): Бочков Максим Витальевич; Слинько Михаил Гаврилович
Патентообладатель(и): Бочков Максим Витальевич; Слинько Михаил Гаврилович
Описание изобретения: Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сжигании топлива в котельных агрегатах.
Известны способы сжигания топлива путем подачи в зону горения топлива и воздуха с коэффициентом избытка воздуха α=0,71-1 [1] Недостатком этих способов сжигания топлива является значительное содержание в продуктах сгорания токсичных веществ, в частности окислов азота.
Известен способ сжигания топлива путем подачи в первую зону горения топлива и воздуха с коэффициентом его избытка α1<1 и отвода продуктов сгорания во вторую зону горения с одновременной подачей в нее топлива и воздуха, причем общий коэффициент избытка подаваемого в первую и вторую зону воздуха αоб>1 [2] Этот способ наиболее близок по технической сущности и выбран в качестве прототипа. Недостатком этого способа сжигания топлива является значительное содержание в продуктах сгорания токсичных веществ, в частности окислов азота.
Технической задачей изобретения является снижение содержания в продуктах сгорания токсичных веществ, в частности окислов азота.
В предлагаемом способе сжигания топлива, включающем подачу в первую зону горения топлива и воздуха с коэффициентом его избытка α1< 1 и отвод продуктов сгорания во вторую зону горения с одновременной подачей в нее воздуха, причем общий коэффициент избытка подаваемого в первую и вторую зону воздуха αоб> 1, продукты сгорания после первой зоны горения охлаждают до 150-850оС, производят очистку от окиси азота в блоке катализатора и дожигают полученную газовую смесь во второй зоне горения путем подачи в нее воздуха, причем подачу воздуха в первую зону горения осуществляют с коэффициентом его избытка α1= 0,85-0,9999, подачу воздуха во вторую зону горения осуществляют так, что общий коэффициент избытка подаваемого в первую и вторую зоны воздуха αоб=1,0001-1,8, в качестве катализатора очистки могут применяться оксидные соединения на основе хрома, кобальта, никеля, железа и других элементов с использованием промотирующих добавок, горение во второй зоне может осуществляться в присутствии катализатора полного окисления, и при рециркуляции в нее дымовых газов.
На чертеже изображена схема котла, в котором может быть реализован данный способ.
Котел 1 содержит форсунки 2 для подачи топлива и воздуха, пароперегреватели 3, первый блок 4 катализатора, устройство 5 ввода воздуха, второй блок катализатора 6, экономайзеры 7 и дымоход 8.
Способ реализуется следующим образом.
В нижнюю часть котла 1 через форсунки 2 подается топливо и воздух с коэффициентом его избытка α1= 0,85-0,9999. Недостаток воздуха нужен для того, чтобы в первой зоне горения при сжигании топлива образовалось достаточно большое количество окиси углерода СО и водорода Н2.
Для того, чтобы в первом блоке 4 катализатора произошло полное устранение окиси азота NO, необходимо, чтобы перед первым блоком катализатора 4 сумма концентраций [CO]+[H2] была больше концентрации [NO] Зависимости этих концентраций от α1 приближенно имеют вид: при α1=1,0 [NO]3˙10-4 [CO]1 ˙10-4 [H2] 2 ˙10-4 при α1=0,9990 [NO]3˙10-4 [CO]3˙10-4 [H2]3˙10-4 при α1=0,9970 [NO]3˙10-4 [CO]7 ˙10-4 [H2]7˙10-4
Верхняя граница диапазона для коэффициента избытка воздуха α1=0,9999 определяется неравенством ([CO]+[H2])≥ [NO] Нижняя граница α1=0,85 определяется тем, что чем меньше α1, тем ниже КПД котла, поэтому α1 нельзя брать слишком маленьким.
В первой зоне горения температура сжигаемой газовой смеси в зависимости от вида котла поддерживается 1200-2200оС. По мере продвижения внутри котла газовая смесь продуктов сгорания постепенно охлаждается, отдавая тепло пароперегревателям 7. В том месте котла, в котором температура продуктов сгорания уменьшается до 150-850оС, располагается первый блок катализатора 4, в котором идет очистка газовой смеси продуктов сгорания от окиси азота NO. Катализатор в данном случае представляет собой твердое вещество, в присутствии которого сильно смещается равновесие химических реакций: 2CO+ 2NO -> 2CO2 + N2 и 2H2 + 2NO -> ->> 2H2O + N2 (без катализатора в указанном диапазоне температур эти реакции не идут). В качестве катализаторов для указанных реакций применяются оксидные соединения на основе хрома, кобальта, никеля, железа и других элементов с использованием промотирующих добавок.
Верхняя граница температуры газовой смеси продуктов сгорания в первом блоке и катализатора 4 850оС, определяется пределом физической прочности катализатора, при более высокой температуре катализатор может разрушаться. Нижняя граница температуры 150оС определяется тем, что первый блок 4 катализатора, устройство 5 ввода воздуха и второй блок 6 катализатора располагаются ниже экономайзеров 7, а температура газовой смеси непосредственно перед экономайзерами 7 поддерживается не ниже 150оС.
Поскольку α1 подобрано так, чтобы перед первым блоком 4 катализатора ([CO]+[H2]) ≥ [NO] то после прохождения первого блока 4 катализатора газовая смесь продуктов сгорания уже не содержит окиси азота NO (вся имевшаяся в наличии NO провзаимодействовала с CO и Н2 в реакциях 2CO+2NO->2CO2+N2 и 2H2+2NO->2H2O+N2. Но газовая смесь продуктов сгорания содержит не прогоревшие СO и Н2, а также может содержать сажу, бензпирен и другие токсичные вещества, которые могли образоваться в первой зоне горения из-за того, что сжигалась богатая топливная смесь. Поэтому описываемый способ включает в себя этап дожигания во второй зоне горения.
Дожигание осуществляется следующим образом.
Через устройство ввода воздуха 5 во вторую зону горения котла дополнительно подается воздух, причем общий коэффициент избытка подаваемого в первую и вторую зону воздуха αоб> 1. Кислород воздуха химически взаимодействует с CO, H2, сажей, бензпиреном и другими токсичными веществами, содержащимися в продуктах сгорания, образуя CO2и H2O.
Нижняя граница диапазона для общего коэффициента избытка, подаваемого в первую и вторую зоны горения воздуха αоб>1, определяется условием полного выгорания топлива. Верхняя граница αоб=1,8 определяется тем, что, чем больше αоб, тем ниже КПД котла, поэтому αоб нельзя брать слишком большим.
Так как температура во второй зоне горения, может быть не очень высокой, то для интенсифицирования нужных химических реакций горение во второй зоне может осуществляться в присутствии катализатора полного окисления, во втором блоке катализатора 6. Катализатор в данном случае представляет собой твердое вещество, в присутствии которого сильно смещается равновесие химических реакций: 2CO + O2-> 2CO2 и 2H2 + O2 -> 2H2O и других.
Для лучшего перемешивания во второй зоне горения и для повышения в ней температуры подачу воздуха во вторую зону горения можно осуществлять путем рециркуляции в нее дымовых газов, которые обычно содержат свободный кислород из-за подсосов атмосферного воздуха в дымоходе 8. Дымовые газы отбираются из дымохода 8 и подаются во вторую зону горения через устройство 5.
П р и м е р. В первую зону горения топливо и воздух подаются с коэффициентом избытка воздуха α1= 0,98. После прохождения газовой смесью первой зоны горения перед первым блоком 4 концентрации веществ, содержащихся в продуктах сгорания [NO]3˙10-4, [CO]4˙10-3, [H2]4˙10-3.
В блоке 4 применяют композитный хромокобальтоникелевый катализатор с небольшими добавками молибдена, выполненный на керамической подложке. Температура газовой смеси в первом блоке 4 катализатора 550оС. После прохождения газовой смесью первого блока 4, концентрации веществ [NO]>10-5, [CO]4˙10-3, [H2] 4˙10-3.
Через устройство 5 во вторую зону горения воздух подается в таком количестве, что общий коэффициент избытка подаваемого в первую и вторую зону воздуха αоб 1,1. Концентрации веществ после второго блока 6 катализатора [NO] <10>-5, [CO]<10>-5, [H2]<10>-5.
Формула изобретения: 1. СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА путем подачи в первую зону горения топлива и воздуха с коэффициентом его избытка α1 < 1 и отвода продуктов сгорания во вторую зону горения с одновременной подачей в нее воздуха, причем общий коэффициент избытка воздуха, подаваемого в первую и вторую зоны горения, αоб > 1, отличающийся тем, что продукты сгорания после первой зоны охлаждают до температуры 150 850oС, производят их очистку в блоке катализатора, причем α1=0,85 - 0,999, а αоб=1,0001 - 1,8.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора применяют оксидные соединения на основе хрома, кобальта, никеля, железа и других элементов с использованием промотирующих добавок.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что горение во второй зоне осуществляют в присутствии катализатора.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что во вторую зону горения осуществляют подачу дымовых газов.