способ сжигания газообразного топлива

Формула изобретения

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА путем подачи в зону горения топлива, воздуха и водяного пара, отличающийся тем, что водяной пар подают в корень факела в количестве 0,06 - 0,12 кг/м³ общего расхода топлива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сжиганию газообразного топлива и может быть использовано в глиноземной и цементной промышленности.

Известен способ сжигания топлива, при котором подают предварительно ионизированный окислитель и перед подачей его в корень факела дополнительно вводят водяной пар [1]

Недостатком данного способа является удорожание процесса сжигания топлива за счет дополнительных затрат на установку ионизации и текущие затраты на сам процесс ионизации, поэтому способ неэффективен.

Наиболее близким к заявленному способу является способ сжигания газа, по которому подачу пара осуществляют во вторую зону гоения, где коэффициент избытка воздуха равен 0,35-0,5 [2]

Недостатком прототипа является низкая эффективность процесса сжигания топлива, так как во второй зоне горение происходит медленно из-за нехватки кислорода (0,35-0,5), влияние пара в этой зоне неначительно, и не позволяет заметно снизить содержание окислов азота в отходящих газах.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса сжигания газообразного топлива и сжигание содержания окислов азота в отходящих газах.

Цель достигается тем, что в известном способе сжигания газообразного топлива, включающем подачу в зону горения топлива, воздуха и водяного пара, последний подают в корень факела в количестве 0,06-0,12 кг/м³ общего расхода топлива.

Между отличительными признаками и техническим результатом существует причинно-следственная связь, заключающаяся в том, что подача водяного пара в горящий факел газообразного топлива в количестве на 1 м³ природного газа 0,06-0,12 кг приводит к повышению производительности печей, снижению удельных затрат топлива и уменьшению содержания окислов азота в отходящих газах.

Повышение производительности и снижение удельных расходов топлива происходит вследствие повышения максимальной температуры пламенного потока за счет катализирующего действия водяного пара и снижения температуры отходящих газов за счет улучшения теплообмена в рабочем пространстве печи в результате повышения степени черноты пламенного потока. Снижение содержания азота в отходящих газах объясняется уменьшением скорости реакций образования этих окислов при подаче водяного пара.

На фиг.1 показана зависимость производительности печи и расхода удельного топлива от расхода пара; на фиг.2 распределение температуры вдоль корпуса печи; на фиг.3 расчетное значение распределения температуры вдоль пламенного потока.

Определение рационального значения массы водяного пара, которую целесообразно подавать в факел газообразного топлива, производилось экспериментально на печи кальцинации глинозема. Печь имела размеры 3,3х3,6х3,3х51,3 м и отапливалась природным газом состава,

CH₄^вл 92,712; С₂Н₆^вл 0,113;

С₃Н₈^вл 0,226; СО₂^вл 0,949; Н₂О^вл 6,0.

Теплотворность топлива была равной 33487 кДж/м. Сжигание осуществляли с коэффициентом избытка воздуха 1,08.

В процессе испытаний измеряли расход газообразного топлива, расход подаваемого водяного пара, производительность печи по глинозему, распределение температуры по корпусу печи, температуру газового потока в холодном обрезе печи, температуру отходящих газов перед электрофильтрами и содержание окислов азота в отходящих газах. Испытание проводили при практически постоянном расходе газообразного топлива В2150 м³/ч и расходе пара на 1 м³ газа (Р, кг/м³): 0,01; 0,15; 0,2 и 0,25. При расходе пара 0,25 кг/м³ резко снизилась производительность печи и увеличился удельный расход топлива. Поэтмоу испытания при этом режиме прекратили. На всех остальных режимах расхода пара эксперименты проводили не менее суток после достижения установившегося процесса. Определение содержания окислов азота в отходящих газах было проведено при работе печи без подачи пара в факел и при подаче в факел 0,1 и 0,2 кг водяного пара на 1 м³ газа.

Зависимость производительности печи по глинозему, удельного расхода условного топлива, температуры газов в холодном обрезе печи, температуры отходящих газов перед электрофильтрами и содержания окислов азота в отходящих газах от удельного расхода подаваемого пара приведены в таблице.

Как следует из таблицы и фиг 1, технический результат будет достигнут только при подаче водяного пара в факел в количестве 0,06-0,12 кг/м³ газообразного топлива, так как при значении ниже 0,06 кг/м³ и выше 0,12 кг/м³ начинает уменьшаться производительность печи и растет удельный расход топлива.

При удельном расходе пара 0,12 кг/м³ снижается максимальная температура факела и средняя температура пламенного потока по длине печи.

Таким образом, выявлено, что в функции подачи водяного пара в факел имеет место максимум наибольших температур факела и при этом достигается максимум производительности и минимум удельного расхода топлива.

П р и м е р. Способ был осуществлен на печи кальцинации глинозема. Печь имела размеры: 3,3 х 3,6 х 3,3 х 51,3 м и отапливалась природным газом состава, СН₄^вл 92,712; С₂Н₆^вл 0,113; С₃Н₈^вл 0,226; СО₂^вл 0,949; Н₂О^вл 6,0.

Теплотворность топлива составляла 33496 кДж/м³. Расход газа был равен 2150 м³/ч. При отсутствии подачи пара в факел производительность печи по глинозему составляла 16,97 т/ч. Удельный расход условного топлива 144,73 кг на 1 т глинозема. Температура газов в холодном обрезе печи была равна 550^оС. Содержание окислов азота 0,699 г на 1 м³ отходящих газов. При этом распределение температуры вдоль корпуса печи и расчетное значение распределения температуры вдоль пламенного потока приведены соответственно на фиг.2 и 3 (кривые 1).

Для осуществления заявляемого способа водяной пар в количестве 0,1 кг на 1 м³ газообразного топлива подавался в начало факела вместе с подаваемым дутьем. Расход газа составлял 2150 м³/ч. В этом случае производительность печи по глинозему увеличилась до 12,27 т/ч, удельный расход условного топлива уменьшился до 142,46 кг на 1 т глинозема, температура газов в холодном обрезе печи уменьшилась до 435^оС и содержание окислов азота уменьшилось до 0,472 г на 1 м³ отходящих газов. Распределение температуры вдоль корпуса печи приведено на фиг.2 (кривая 2) и распределение расчетных значений температуры вдоль пламенного потока приведено на фиг.3 (кривая 2). Из анализа графиков на фиг.2 следует, что при подаче пара температура корпуса уменьшилась, что свидетельствует об уменьшении потерь тепла через корпус печи. Из анализа графиков на фиг.3 следует, что при подаче пара максимальная температура пламенного потока увеличилась, что свидетельствует о катализирующем действии водяных паров. При этом температура газов в холодном обрезе печи уменьшилась из-за улучшения процессов теплообмена в результате повышения степени черноты пламенного потока.

На основании эксперимнетальных данных при использовании способа сжигания газообразного топлива повышается эффективность процесса сжигания, а именно снижается удельный расход топлива, повышается производительность печи и улучшается экоология окружающей среды за счет снижения содержания окислов азота в отходящих газа.