Способ снижения образования окислов азота при горении азотосодержащего топлива

(51) 23 14/20 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ горячих и несодержащих окислитель продуктах сгорания и излучением в самой топочной камере и превращения азота топлива и успевших образоваться окислов азота в инертный молекулярный азот, а также газификация топлива в ее более качественные и реакционные продукты и сжигание их без применения дополнительного расхода теплоты вспомогательного топлива и без установки специальных горелок для этого с теми же проблемами как у основных горелок. Способ снижения образования окислов азота при горении топлива путем ввода азотсодержащего топлива и окислителя в топочную камеру отдельно до их смешения в зоне горения и предварительного нагрева топлива в горячих и несодержащих окислитель продуктах сгорания и излучением в самой топочной камере и сжигание его экологически чистом виде продуктов газификации. Преимущества предлагаемого изобретения эффективный,экономически выгодный и промышленно применимый способ снижения образования окислов азота и сжигание азотсодержащего топлива в виде его продуктов газификации.(72) Темирбаев Дюсембы Жусупович Темирбаев Ербол Дюсембиевич Темирбаев Адиль Дюсембиевич Темирбаев Алан Адильевич(73) Некоммерческое акционерное общество Алматинский университет энергетики и связи(54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОКИСЛОВ АЗОТА ПРИ ГОРЕНИИ АЗОТОСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА(57) Изобретение относится к области энергетики, а именно к топочной технике и может быть использовано в системах сжигания азотсодержащего топлива (аэросмеси твердого топлива, мазута) в среде с воздухом. Задача изобретения - создание эффективного,экономически выгодного и промышленно применимого способа снижения образования окислов азота при горении азотсодержащего топлива в виде его продуктов газификации. Технический результат - снижение образования окислов азота при горении азотсодержащего топлива путем предварительного его нагрева в Изобретение относится к области энергетики, а именно к топочной технике и может быть использовано в системах сжигания азотсодержащего топлива (аэросмеси твердого топлива, мазута) в среде с воздухом. Известны способы сжигания пылевидного твердого топлива, где для снижения образования окислов азотапри горении используется предварительный нагрев аэросмеси в продуктах сгорания вспомогательного топлива в дополнительной установке различного типа. Содержание кислорода (воздуха) в аэросмеси и в продуктах сгорания пренебрежимо мало и значительная часть азота топлива в них переходит в инертный молекулярный азот, вследствие чего количество образующихся окислов азота уменьшается. Затем продукты газификации, близкой к пиролизу топлива, смешиваются воздухом в зоне горения топочной камеры. Известен способ термической подготовки топлива перед сжиганием, где поток аэропыли(аэросмеси) для его предварительного нагрева до состояния, близкого к воспламенению, смешивается вне топочной камеры(топки) с высокотемпературными продуктами сгорания мазута или газов отдельной жаровой камеры. При этом дополнительный расход топлива в общем тепловом балансе основной топки составляет 4-6(А.с.169057, МКИ 23 1/04, опубл. 11.03.65,бюл. 6). Недостатком известного способа является сложность по организации, неинтесивность по смешению и многозатратность, связанная с дополнительным расходом теплоты вспомогательного топлива и, как следствие,необходимость применения специальной установки,поэтому промышленное его применение нецелесообразно. В другом известном способе подготовки твердого топлива к сжиганию для предварительного нагрева аэросмеси используется специальная автономная топка с кипящим слоем (А.с.1224508, МКИ 23 К 1/00, опубл. 15.04.86, бюл. 14). Недостатком этого способа является сложность и многозатратность для его промышленной реализации,поэтому он промышленно нецелесообразен. Известен способ и система сжигания пылевидного твердого топлива для предварительного нагрева аэросмеси,где используется теплота сжигания вспомогательного топлива в дополнительной камере, оснащенной аэрацией пыли 2088848,МПК 23 1/00, опубл. 27.08.1997). Недостатками этого способа являются сложности в управлении рабочими процессами,требующими существенные дополнительные затраты для его промышленной реализации. Наиболее близким по технической сущности является способ снижения образованияпри горении, при котором топливо и окислитель вводятся в зону горения отдельно, горящие газы 2 подсасываются в поток окислителя до перемешивания (смешения) его с топливом, чем достигается отсутствие контакта топлива с окислителем, и генерация окислов азота замедляется(Патент 4988285, МКИ 5 23 14/00,опубл. 29.01.91). Однако, в прототипе отсутствие контакта топлива с окислителем не достигнуто и генерация окислов азота не замедлится, так как указанные в прототипе, подсасываемые в поток окислителя горящие газы содержат компоненты топлива, в том числе активный его атомарный азот, который при контакте с потоком окислителя, вопреки задаче прототипа, дает окислы азота. К тому же, в прототипе предварительный нагрев топлива вообще не учтен и исключена возможность перевода азота топлива в инертный молекулярный азот, вследствие чего количество образующихся окислов азота не уменьшается. Отмеченные малоэффективности прототипа являются существенными его недостатками и поэтому полная промышленная реализация прототипа исключена и практический интерес прототип представляет только в части ввода топлива и окислителя в зону горения по отдельности. Задача изобретения - создание эффективного,экономически выгодного и промышленно применимого способа снижения образования окислов азота при горении азотсодержащего топлива в виде его продуктов газификации. Технический результат - снижение образования окислов азота при горении азотсодержащего топлива путем предварительного его нагрева в горячих и несодержащих окислитель продуктах сгорания и излучением в самой топочной камере и превращения азота топлива и успевших образоваться окислов азота в инертный молекулярный азот, а также газификация топлива в ее более качественные и реакционные продукты и сжигание их без применения дополнительного расхода теплоты вспомогательного топлива и без установки специальных горелок для этого с теми же проблемами как у основных горелок. Для достижения технического результата в способе снижения образования окислов азота при горении азотсодержащего топлива (аэросмеси), при котором топливо и окислитель вводятся в топочную камеру отдельно до их смешения в зоне горения, в соответствии с изобретением, азотсодержащее топливо предварительно нагревается в горячих и несодержащих окислитель продуктах сгорания и излучением в самой топочной камере, причем полученные при этом экологически чистые продукты газификации азотсодержащего топлива(аэросмеси) подаются на смешение с окислителем в зоне горения. Предварительный нагрев аэросмеси используется как существенный признак во всех случаях обеспечения снижения образования топливных (составляющих в топочных условиях(до 1800 К) 95 от всех видов) окислов азота, так как содержание кислорода в аэросмеси пренебрежимо мало и значительная часть азота топлива переходит в инертный молекулярный азот,вследствие чего количество образующихся окислов азота уменьшается. Снижение образования топливных окислов азота зависит от таких сведений, раскрывающих сущность процесса, как динамика выхода летучих, структуры азота в топливе, находящейся согласно данным ИК-спектроскопии в виде , 2,и от степени деструкции азотсодержащих радикалов топлива(как показывают данные массспектроскопических исследований, с выходом цианидов ,при (С) 200-300 (максимум) и 450 в виде аммиака 3,2 появляется при 550 С с максимумом выхода около 1000 С, при которой 85-90 азота топлива переходит в термически малоустойчивые азотсодержащие газообразные соединения, активный атом азота которых рекомбинируется в молекулярный азот и при температуре 1000 С не реагирует с молекулярным кислородом выделяются также Н 2 О и СО при полном отсутствии окислов азота)(Яворский И.А. Некоторые общие закономерности поведения азота и серы углей при пиролизе,газификации и горении, определяющие пути получения экологически чистых газов //Теплообмен в парогенераторах/Тезисы докладовВсесоюзной конференции. - Новосибирск ИТФ СО АН СССР,23.10 - 25.10.90, 89 с.90). Правильный учет взаимодействий отмеченных и подобных им процессов аэротермохимии потоков и определяющих факторов при их оптимальной организации и практической реализации технического результата - снижение образования окислов азота при горении азотсодержащего топлива (аэросмеси) и достижения экономического и социального эффекта представляет собой сущность предлогаемого изобретения. Здесь наряду с существенным признаком прототипа о вводе топлива и окислителя отдельно в зону горения, вводится также существенный признак о максимально возможном расположении потока аэросмеси топлива, начиная от ее ввода в топочную камеру до зоны горения (с учетом отмеченной выше аэротермохимии организации процессов горения аэросмеси) в области горячих продуктов сгорания,имеющих минимально возможное содержание окислителя (воздуха) в отличие от горящих газов по прототипу, во всех случаях организации горения азотсодержащего топлива (аэросмеси). Смешение топлива с окислителем важен тем, что подготовленные предлагаемым изобретением образом экологически чистые продукты газификации, близкой к пиролизу азотсодержащего топлива (аэросмеси) подают для смешения с окислителем (воздухом) в зону горения топочной камеры и сжигаются как более качественное топливо, чем аэросмесь топлива. Способ снижения образования окислов азота при термической подготовке и горении азотсодержащего топлива в виде экологически чистых продуктов газификации в предлагаемом изобретении работает следующим образом. 1. Топливо в виде его аэросмеси, имеющей, как обычно,пренебрежимо малое содержание окислителя, и окислитель в виде вторичного воздуха вводят в топочную камеру отдельно до их смешения в зоне горения, чем достигается отсутствие контакта топлива и окислителя, и образование окислов азота снижается. 2. Топливо в виде его потока аэросмеси максимально располагают в области горячих и несодержащих окислитель продуктах сгорания, чем также достигается отсутствие контакта топлива и окислителя, и образование окислов азота в потоке аэросмеси топлива снижается. 3. Топливо в виде его потока аэросмеси интенсивно нагревают конвективной теплотой горячих и несодержащих окислитель продуктов сгорания и тепловым излучением топочной камеры до температуры воспламенения, тем самым повышают выход продуктов газификации, близкой к пиролизу топлива, и переводят азот топлива,выделяемый при деструкции термически малоустойчивых азотсодержащих газообразных соединений, в инертный молекулярный азот и образование окислов азота аэросмеси топлива снижается путем термической рекомбинации атомарного азота в инертный молекулярный азот. 4. Продукты газификации, близкой к пиролизу топлива,образующиеся при термической деструкции (нагреве) азотсодержащего топлива(аэросмеси),представляют собой восстановительную среду и азот успевших образоваться окислов азота переходит в инертный молекулярный азот и образование окислов азота также снижается. 5. Продукты газификации, близкой к пиролизу топлива, со сниженным образованием окислов азота при термической подготовке к горению азотсодержащего топлива (аэросмеси) путем ввода аэросмеси топлива и окислителя отдельно и расположения потока аэросмеси в области горячих и несодержащих окислитель продуктах сгорания топлива, а также путем термической рекомбинации атомарного азота топлива и окислов азота в восстановительной среде в инертный молекуляный азот, тем самым являющиеся экологически чистыми,подаются на смешение с окислителем в зоне горения топочной камеры и сжигаются как более качественное топливо, чем аэросмесь топлива. Преимущества предлагаемого изобретения эффективный,экономически выгодный и промышленно применимый способ снижения образования окислов азота при горении азотсодержащего топлива (аэросмеси) в виде экологически чистых продуктов газификации. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ снижения образования окислов азота при горении азотсодержащего топлива (аэросмеси), при котором топливо и окислитель вводят в топочную камеру отдельно до их смешения в зоне горения,отличающийся тем, что азотсодержащее топливо предварительно нагревают в горячих и не 3 содержащих окислитель продуктах сгорания и