RU2296267C2 - Method and device for burning hydrocarbon fuel - Google Patents
Method and device for burning hydrocarbon fuel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2296267C2 RU2296267C2 RU2006103155/06A RU2006103155A RU2296267C2 RU 2296267 C2 RU2296267 C2 RU 2296267C2 RU 2006103155/06 A RU2006103155/06 A RU 2006103155/06A RU 2006103155 A RU2006103155 A RU 2006103155A RU 2296267 C2 RU2296267 C2 RU 2296267C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- stream
- oxygen
- temperature
- oxidizer
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способу сжигания топлива и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтехимической, химической, коксохимической и в других отраслях промышленности и энергетике для уменьшения выбросов окислов азота из горелочных устройств при сжигании углеводородных газов, а также для создания контролируемых защитных атмосфер.The invention relates to a method of burning fuel and can be used in oil, gas, petrochemical, chemical, coke and other industries and energy to reduce emissions of nitrogen oxides from burner devices when burning hydrocarbon gases, as well as to create controlled protective atmospheres.
Нормативные документы по охране окружающей среды требуют, чтобы сжигание газов производилось бездымно (без образования сажи) и с минимальным содержанием окиси углерода (СО) в продуктах сгорания.Environmental protection regulations require that gases be burned smokelessly (without soot) and with a minimum carbon monoxide (CO) content in the combustion products.
Источником оксидов азота может быть молекулярный азот воздуха, используемого в качестве окислителя при горении углеводородных газов. Воздушные оксиды азота, в свою очередь, можно разделить на термические, образующиеся при высоких температурах за счет окисления молекулярного азота атомарным кислородом (механизм Зельдовича), и так называемые "быстрые" оксиды азота, образующиеся в зоне сравнительно низких температур в результате реакции углеводородных радикалов с молекулой азота и последующего взаимодействия атомарного азота с гидроксилом ОН (см. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во АН СССР, 1947).The source of nitrogen oxides may be molecular nitrogen of air, used as an oxidizing agent during the combustion of hydrocarbon gases. Air nitrogen oxides, in turn, can be divided into thermal oxides formed at high temperatures due to the oxidation of molecular nitrogen by atomic oxygen (the Zeldovich mechanism) and the so-called “fast” nitrogen oxides formed in the zone of relatively low temperatures as a result of the reaction of hydrocarbon radicals with a nitrogen molecule and the subsequent interaction of atomic nitrogen with OH hydroxyl (see Zeldovich Ya.B., Sadovnikov P.Ya., Frank-Kamenetsky DA Oxidation of nitrogen during combustion. M: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1947).
Известны формула (1) условия протекания цепной реакции окисления атмосферного азота свободным кислородом при горении, формальная кинетика которой описывается уравнением (см. Сигал И.Я., Защита воздушного бассейна при сжигании топлива, Л.: Недра 1988, с.65)Formula (1) is known for the conditions of a chain reaction of atmospheric nitrogen oxidation by free oxygen during combustion, the formal kinetics of which is described by the equation (see Sigal I.Ya., Protection of the air basin when burning fuel, L .: Nedra 1988, p.65)
и формула (2) скорости обратимой реакции образования - разложения оксида азота (см.and formula (2) of the rate of a reversible reaction of formation - decomposition of nitric oxide (see
Котлер В.Р., Оксиды азота в дымовых газах котлов, М.: Энергоатомиздат, 1987, с.18)Kotler V.R., Nitrogen oxides in the flue gases of boilers, Moscow: Energoatomizdat, 1987, p. 18)
где O2, N2 и NO - мгновенные концентрации избыточного кислорода, азота и оксида азота, моль/л; τ - время, сек; Т - температура в зоне реакции, град. К; R - газовая постоянная, Дж/(К·моль); энергия активации выражена в джоулях на моль.where O 2 , N 2 and NO are the instantaneous concentrations of excess oxygen, nitrogen and nitric oxide, mol / l; τ is the time, sec; T is the temperature in the reaction zone, deg. TO; R is the gas constant, J / (K · mol); activation energy is expressed in joules per mole.
Из выражений (1, 2) следует, что для уменьшения образования оксидов азота необходимо снижать температуру в топке, уменьшать концентрацию кислорода в зоне реагирования и сокращать время пребывания газов в зоне высоких температур.From the expressions (1, 2) it follows that in order to reduce the formation of nitrogen oxides, it is necessary to reduce the temperature in the furnace, reduce the oxygen concentration in the reaction zone, and reduce the residence time of gases in the high temperature zone.
Температура в зоне реакции оказывает решающее влияние на равновесную концентрацию оксидов азота в воздухе.The temperature in the reaction zone has a decisive effect on the equilibrium concentration of nitrogen oxides in the air.
При температуре 300, 700, 800, 1800 и 2500 градусов К равновесная концентрация оксидов азота составляет 0,00127, 0,38, 2,54, 4700 и 31700 мг/м3 соответственно (см. Фиг.2, Сигал И.Я., Защита воздушного бассейна при сжигании топлива, Л.: Недра 1988, с.65). Поэтому одним из основных технических решений по снижению выбросов оксидов азота являются мероприятия, основанные на снижении температуры сжигания топлива.At a temperature of 300, 700, 800, 1800 and 2500 degrees K, the equilibrium concentration of nitrogen oxides is 0.00127, 0.38, 2.54, 4700 and 31700 mg / m 3, respectively (see Figure 2, Sigal I.Ya. , Protection of the air basin during fuel combustion, L .: Nedra 1988, p.65). Therefore, one of the main technical solutions to reduce emissions of nitrogen oxides are measures based on lowering the temperature of fuel combustion.
Это обеспечивается при сжигании газа с коэффициентом избытка воздуха α, близким к единице (α=1,15-1,3). Температура продуктов сгорания при этом составит 1200-1300°С.This is achieved by burning gas with an excess air coefficient α close to unity (α = 1.15-1.3). The temperature of the combustion products in this case will be 1200-1300 ° C.
Известен способ снижения температурного уровня, а следовательно, и концентрации оксидов азота в дымовых газах путем их рециркуляции (см. Котлер В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов, М.: Энергоатомиздат, 1987, с.98).There is a method of reducing the temperature level, and hence the concentration of nitrogen oxides in flue gases by recirculation (see Kotler V.R. Nitrogen oxides in the flue gases of boilers, M .: Energoatomizdat, 1987, p. 98).
При рециркуляции дымовых газов через горелки уменьшается также концентрация кислорода, что приводит к дополнительному снижению образования NOX During flue gas recirculation through the burners, the oxygen concentration also decreases, which leads to an additional reduction in the formation of NO X
Недостатки этого способа снижения выбросов оксидов азота объясняются тем, что рециркуляция дымовых газов снижает экономические показатели (возрастают потери с уходящими газами и расход электроэнергии на собственные нужды) и возрастают концентрации бенз(а)пирена по мере увеличения рециркуляции дымовых газов.The disadvantages of this method of reducing nitrogen oxide emissions are explained by the fact that flue gas recirculation reduces economic indicators (losses with flue gases and energy consumption for own needs increase) and benz (a) pyrene concentrations increase with increasing flue gas recirculation.
К недостаткам способа следует отнести низкую эффективность подавления процессов образования вредных примесей в продуктах сгорания, сложность технической реализации способа.The disadvantages of the method include the low efficiency of suppressing the formation of harmful impurities in the combustion products, the complexity of the technical implementation of the method.
Известен способ снижения температуры топочного процесса и концентрации оксидов азота в дымовых газах путем снижения температуры горячего воздуха (Rawdon А.Н., Sadowski R.S. An experimental correlation of oxide of nitrogen emissions from power boilers based on field data, Transaction of ASME, 1973, Vol.95, N3, P.32-39).A known method for reducing the temperature of the combustion process and the concentration of nitrogen oxides in flue gases by lowering the temperature of hot air (Rawdon A.N., Sadowski RS An experimental correlation of oxide of nitrogen emissions from power boilers based on field data, Transaction of ASME, 1973, Vol .95, N3, P.32-39).
Недостаток этого способа заключается в том, что существенное снижение температуры горячего воздуха приводит к повышению температуры уходящих газов и соответствующему снижению КПД топочного процесса.The disadvantage of this method is that a significant decrease in the temperature of hot air leads to an increase in the temperature of the exhaust gases and a corresponding decrease in the efficiency of the combustion process.
Известны способы снижения температурного уровня и концентрации оксидов азота в дымовых газах за счет ввода влаги в зону горения при сжигании природного газа (см. Цирульников Л.М., Васильев В.П., Нурмухамедов М.Н. Подавление вредных выбросов при сжигании газа в топках котлов, (Обзорная информация. Сер. Газовая промышленность, М.: Недра, 1981, №3; заявка RU №2003135466 от 04.12.2003, кл. F 23 C 11/00).Known methods for reducing the temperature level and concentration of nitrogen oxides in flue gases by introducing moisture into the combustion zone when burning natural gas (see Tsirulnikov L.M., Vasiliev V.P., Nurmukhamedov M.N. Suppression of harmful emissions from gas combustion in boiler furnaces, (Overview. Ser. Gas industry, M .: Nedra, 1981, No. 3; application RU No. 2003135466 of December 4, 2003, class F 23 C 11/00).
Недостатки этих способов заключаются в том, что эффективность метода зависит не только от количества вводимой в топку влаги, но и от способа ввода, а также от коэффициента избытка воздуха в топочной камере. Водяные пары не всегда попадают в зону максимальных температур и вследствие этого могут не оказывать влияния на процесс образования оксида азота.The disadvantages of these methods are that the effectiveness of the method depends not only on the amount of moisture introduced into the furnace, but also on the input method, as well as on the coefficient of excess air in the furnace chamber. Water vapor does not always fall into the zone of maximum temperatures and, as a result, may not affect the formation of nitric oxide.
Известен метод уменьшения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания газа путем снижение избытка воздуха, подаваемого через горелки (см. Котлер В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов, М.: Энергоатомиздат, 1987, с.100).A known method of reducing the concentration of nitrogen oxides in the products of gas combustion by reducing the excess air supplied through the burner (see Kotler V.R. Nitrogen oxides in the flue gases of boilers, M .: Energoatomizdat, 1987, p.100).
Недостаток этого метода заключается в ограниченности применения: только к тому диапазону избытков воздуха, который применяется обычно в энергетических котлах (1,0<α<1,2).The disadvantage of this method is the limited application: only to the range of excess air, which is usually used in power boilers (1.0 <α <1.2).
Известен способ снижения выбросов оксидов азота путем нестехиометрического (например, ступенчатого) сжигания. При этом вместе с топливом подают 90% теоретически необходимого количества воздуха (номинальная нагрузка и избыток воздуха αт=1,10) и еще 20% - в верхнюю часть факела (см. Абрамов В.Н. О предельных возможностях снижения выбросов оксидов азота за счет выборочного отключения горелок по топливу при сжигании газа и мазута в топках котлов. Пути снижения пылегазовых выбросов тепловых электростанций, М.: ЭНИН, 1983).A known method of reducing emissions of nitrogen oxides by non-stoichiometric (e.g. stepwise) combustion. At the same time, together with the fuel, 90% of the theoretically necessary amount of air is supplied (nominal load and excess air α t = 1.10) and another 20% to the upper part of the flame (see Abramov V.N. On the limit possibilities for reducing nitrogen oxide emissions in account of selective shutdown of fuel burners during gas and fuel oil burning in boiler furnaces. Ways to reduce dust and gas emissions from thermal power plants, M .: ENIN, 1983).
Недостаток этого способа заключается в ограниченности применения, например, если увеличить перераспределение воздуха во вторую ступень до 40%, то для сохранения концентрации продуктов неполного сгорания на прежнем уровне придется повысить коэффициент избытка воздуха за топкой до αт=1,17, что значительно увеличит потерю теплоты с уходящими газами.The disadvantage of this method is the limited application, for example, if you increase the redistribution of air into the second stage to 40%, then to maintain the concentration of products of incomplete combustion at the same level, it will be necessary to increase the coefficient of excess air behind the furnace to α t = 1.17, which will significantly increase the loss heat with flue gases.
Известен способ сжигания газа путем подачи в зону горения смеси и рециркуляции в корневую часть факела горячих продуктов сгорания (см. Хзмалян Д.М. и др. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия, 1976, с.165-166; патент RU №2008559 от 15.04.1991).A known method of burning gas by supplying a mixture of combustion and recirculation to the root of the flame torch hot products of combustion (see Khzmalyan D.M. et al. Combustion theory and furnace devices. M: Energy, 1976, pp. 165-166; patent RU No. 2008559 dated 04.15.1991).
Недостатком данного способа является неустойчивость процесса рециркуляции продуктов сгорания, низкая эффективность подавления процессов образования оксидов азота в продуктах сгорания.The disadvantage of this method is the instability of the recirculation of combustion products, the low efficiency of the suppression of the formation of nitrogen oxides in the combustion products.
Известен способ сжигания газа в топках, оборудованных серийными, широко распространенными дутьевыми горелками, работающими с коэффициентом избытка воздуха α, близким к единице (α=1,15-1,3). Температура продуктов сгорания при сжигании газа с такими избытками воздуха составит 1200-1300°С. (см. Столпнер Е.Б. Справочник эксплуатационника газовых котельных. - Л.: Недра, 1976, с.274).A known method of burning gas in furnaces equipped with serial, widespread blast burners operating with an excess air coefficient α close to unity (α = 1.15-1.3). The temperature of the combustion products during gas combustion with such excess air will be 1200-1300 ° C. (see Stolpner E.B. Handbook of exploitation of gas boiler houses. - L .: Nedra, 1976, p.274).
Недостатком такого способа сжигания газа в топочных устройствах для получения низкотемпературного носителя является необоснованно высокая температура в зоне горения, обусловленная сжиганием газа с малыми избытками воздуха.The disadvantage of this method of burning gas in furnace devices to obtain a low-temperature carrier is the unreasonably high temperature in the combustion zone due to the burning of gas with small excess air.
Известен способ многостадийного сжигания газообразного топлива (пат. РФ 2180948, кл. 7 F 23 D 14/02, 2000 г.), в котором газообразное топливо сжигают в две стадии и по мере возрастания концентрации кислорода в окислителе увеличивают подачу газообразного топлива в камеру предварительного горения.A known method of multistage combustion of gaseous fuels (US Pat. RF 2180948, CL 7 F 23 D 14/02, 2000), in which gaseous fuels are burned in two stages, and as the oxygen concentration in the oxidizing agent increases, the supply of gaseous fuel to the preliminary chamber burning.
Недостатками этого способа является то, что он не обеспечивает в большей степени эффективность процесса горения; например, применение кислорода приводит к удорожанию данного способа и делает его небезопасным, а применение камеры предварительного сгорания приводит к ограничению времени пребывания в ней газообразного топлива, в противном случае способ не сможет достигнуть своей цели.The disadvantages of this method is that it does not provide a greater degree of efficiency of the combustion process; for example, the use of oxygen increases the cost of this method and makes it unsafe, and the use of a preliminary combustion chamber limits the time spent in it with gaseous fuel, otherwise the method will not be able to achieve its goal.
Известны способы сжигания углеводородного топлива (см. патент ФРГ NOS 3327597, кл. F 23 С 7/02, опубл. 07.02.85 г.; Котлер В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов. М.: Энергоатомиздат, 1987 г., с.103), заключающиеся в раздельном подводе топлива и воздуха в горелку, распыливании топлива в двухслойном коаксиальном воздушном потоке и сжигании топлива при нестехиометрическом соотношении компонентов в объеме факела.Known methods of burning hydrocarbon fuels (see Germany’s patent NOS 3327597, class F 23 C 7/02, published 07.02.85; Kotler VR, Nitrogen oxides in the flue gases of boilers. M: Energoatomizdat, 1987. , p.103), consisting in the separate supply of fuel and air into the burner, atomization of fuel in a two-layer coaxial air flow and combustion of fuel with a non-stoichiometric ratio of components in the volume of the torch.
Подаваемый в горелку воздух разделяется: на первичный, участвующий в горении топлива в корневой области факела, и вторичный, участвующий в дожигании хвоста факела. Вторичный воздух подается в зону горения порционно, за счет чего снижается температура в ядре факела и, как следствие, уменьшается образование оксидов азота.The air supplied to the burner is divided into: primary, which participates in the combustion of fuel in the root region of the torch, and secondary, which participates in the afterburning of the torch tail. Secondary air is supplied to the combustion zone in portions, due to which the temperature in the core of the flame decreases and, as a result, the formation of nitrogen oxides decreases.
Эти способы сжигания топлива не позволяет снизить выбросы окислов азота без существенного ухудшения горения и увеличения образования других окислов - углерода. Снижение температуры факела при нестехиометрическом горении непременно приводит к неполному выгоранию углерода и образованию коксовых остатков. Двухступенчатое сжигание топлива не получило распространения в энергетике, поскольку этот способ связан с существенным ухудшением полноты выгорания топлива и, как следствие, снижением КПД котла в целом.These methods of burning fuel cannot reduce the emissions of nitrogen oxides without a significant deterioration in combustion and an increase in the formation of other oxides - carbon. A decrease in the flame temperature during non-stoichiometric combustion will certainly lead to incomplete burnout of carbon and the formation of coke residues. Two-stage combustion of fuel is not widespread in the energy sector, since this method is associated with a significant deterioration in the completeness of fuel burnout and, as a result, a decrease in the efficiency of the boiler as a whole.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ сжигания топлива в печи, при котором раздельно инжектируют, по меньшей мере, один вид топлива и, по меньшей мере, один окислитель; один из потоков окислителя перед инжектированием подвергают предварительному нагреванию и устройство для сжигания с раздельным инжектированием, образуемое блоком, имеющим, по меньшей мере, одно отверстие для инжектирования топлива и, по меньшей мере, одно отверстие для инжектирования окислителя, (см. заявка №200313 2461 от 04.04.2002, кл. F 23 D 14/22).Closest to the proposed technical solution is a method of burning fuel in a furnace, in which at least one type of fuel and at least one oxidizing agent are separately injected; one of the oxidizer streams is subjected to preheating before injection and a separate injection burner formed by a block having at least one fuel injection hole and at least one oxidizer injection hole (see application No. 200313 2461 from 04.04.2002, CL F 23 D 14/22).
Недостатки способа заключаются в неустойчивости процесса рециркуляции продуктов сгорания, низкой эффективности подавления процессов образования оксидов азота в продуктах сгорания, а устройства - в сложности конструкции.The disadvantages of the method are the instability of the process of recirculation of combustion products, the low efficiency of suppressing the formation of nitrogen oxides in the combustion products, and the device is the complexity of the design.
Задачей, на которую направлено изобретение, является создание устройства и способа для сжигания газообразного топлива, позволяющего повысить уровень снижения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания.The objective of the invention is to provide a device and method for burning gaseous fuels, which allows to increase the level of reduction of the concentration of nitrogen oxides in the combustion products.
Поставленная задача решается тем, что в отличие от способа сжигания топлива, при котором раздельно инжектируют, по меньшей мере, один вид топлива и, по меньшей мере, один из потоков окислителя перед инжектированием подвергают предварительному нагреванию, предусматривает, что сжигают топливо в двух зонах факела, в одной из которых, на начальном участке, создается недостаток топлива, а во второй приблизительно стехиометрический относительно потока окислителя, для этого окислитель и топливо перед инжектированием очищают от механических примесей, очищенный от примесей окислитель нагревают и инжектируют в поток топлива на начальном участке факела, одновременно очищенное от примесей топливо разделяют, по меньшей мере, на два потока и, по меньшей мере, один неохлаждаемый поток топлива подают во внутреннюю область потока окислителя и сжигают его с избытком окислителя на начальном участке факела, одновременно второй поток топлива охлаждают, охлажденный поток топлива подают во вторую зону факела с температурой и в количестве, обеспечивающих минимальное содержание оксидов азота в продуктах сгорания топлива.The problem is solved in that, in contrast to the method of burning fuel, in which at least one type of fuel is separately injected and at least one of the oxidizer streams is subjected to preheating before injection, it provides that the fuel is burned in two zones of the flame , in one of which, in the initial section, a shortage of fuel is created, and in the second, approximately stoichiometric relative to the flow of the oxidizing agent, for this the oxidizing agent and fuel are cleaned of mechanical Mesi, the oxidizer purified from impurities is heated and injected into the fuel stream in the initial section of the torch, while the fuel purified from impurities is separated into at least two streams, and at least one uncooled fuel stream is fed into the inner region of the oxidizer stream and burned with an excess of oxidizer in the initial section of the flame, at the same time the second fuel stream is cooled, the cooled fuel stream is fed into the second zone of the flame with a temperature and in an amount that ensures a minimum content of nitrogen oxides in the combustion products.
Вариант предусматривает, что в качестве топлива используют природные, попутные нефтяные, искусственные горючие газы, в качестве окислителя - атмосферный воздух или кислород или их смесь; неохлаждаемый поток топлива сжигают с α≥1,05 на начальном участке факела, охлажденный поток топлива инжектируют на расстоянии от входа в факел неохлаждаемого потока топлива L1, равном от 0,1 до 1 длины факела Lф.The option provides that natural, associated petroleum, artificial combustible gases are used as fuel, atmospheric air or oxygen, or a mixture thereof, as an oxidizing agent; the uncooled fuel stream is burned with α≥1.05 in the initial section of the flame, the cooled fuel stream is injected at a distance from the inlet of the uncooled fuel stream L 1 equal to 0.1 to 1 of the flame length Lf.
Вариант предусматривает, что, по меньшей мере, один поток топлива пропускают через теплообменник и охлаждают на 5÷100°С ниже температуры потока на входе или пропускают, по меньшей мере, один поток топлива через вихревую трубу для его охлаждения и нагрева, в вихревой трубе поток топлива разделяют на два потока: холодный и горячий, холодный поток имеет температуру на 5÷100°С ниже, а горячий на 5÷100°С выше температуры первичного потока на входе, холодный поток топлива подают в центральную область факела; горячий поток топлива подают в теплообменник для нагрева окислителя; инжектирование холодного потока топлива осуществляют с помощью инжекторов, выполненных из жаропрочного материала, неохлаждаемый поток топлива сжигают с α=1,15-1,3 на начальном участке факела, поддерживают температуру продуктов сгорания в факеле 1200-1300°С.The variant provides that at least one fuel stream is passed through a heat exchanger and cooled 5 ÷ 100 ° C below the inlet stream temperature or at least one fuel stream is passed through a vortex tube to cool and heat it, in a vortex tube the fuel stream is divided into two streams: cold and hot, the cold stream has a temperature of 5 ÷ 100 ° C lower, and hot 5 ÷ 100 ° C higher than the temperature of the primary stream at the inlet, the cold fuel stream is fed into the central region of the flame; a hot fuel stream is fed to a heat exchanger to heat the oxidizer; cold fuel flow is injected using injectors made of heat-resistant material, uncooled fuel flow is burned with α = 1.15-1.3 in the initial section of the flame, the temperature of the combustion products in the flame is maintained at 1200–1300 ° С.
Вариант предусматривает, что расширяют, по меньшей мере, один поток топлива с уменьшением его температуры от +10°С до -100°С, например, дросселированием или детандированием сжатого топлива.The option provides that expand at least one fuel stream with a decrease in its temperature from + 10 ° C to -100 ° C, for example, by throttling or expansion of compressed fuel.
Вариант предусматривает, что количество сжатого топлива (например, углеводородного газа) составляет от 0,1 до 100 мас.% от общего количества топлива.The option provides that the amount of compressed fuel (for example, hydrocarbon gas) is from 0.1 to 100 wt.% Of the total amount of fuel.
Вариант предусматривает, что количество охлажденного потока топлива составляет от 0,1 до 50 мас.% от общего количества топлива.The option provides that the amount of chilled fuel stream is from 0.1 to 50 wt.% Of the total amount of fuel.
Вариант предусматривает сжатие очищенного от механических примесей воздуха, разделение его в газоразделительном блоке на воздух, обогащенный кислородом с содержанием кислорода до 99%, и инертную газовую смесь на основе азота.The option provides for the compression of air purified from mechanical impurities, its separation in the gas separation unit into air enriched with oxygen with an oxygen content of up to 99%, and an inert gas mixture based on nitrogen.
Вариант предусматривает, что поток окислителя является приблизительно стехиометрическим относительно суммы горячего и охлажденного потоков топлива, предпочтительно в пределах ±20% относительно стехиометрического потока.An embodiment provides that the oxidant stream is approximately stoichiometric with respect to the sum of the hot and cooled fuel streams, preferably within ± 20% with respect to the stoichiometric stream.
В отличие от известного устройства для сжигания топлива с раздельным инжектированием, образуемое блоком, имеющим, по меньшей мере, одно отверстие для инжектирования топлива и, по меньшей мере, одно отверстие для инжектирования окислителя, согласно изобретению устройство имеет, по меньшей мере, одно отверстие для инжектирования охлажденного потока топлива, анализаторы топлива и окислителя, узлы переключения, замера и регулирования расхода топлива и окислителя, управляемые краны, теплообменники или вихревые трубы или турбодетандеры или дроссели, датчики температуры, регуляторы давления, обвязочные трубопроводы.In contrast to the known device for burning fuel with separate injection, formed by a block having at least one hole for injecting fuel and at least one hole for injecting oxidizer, according to the invention, the device has at least one hole for injection of a cooled fuel stream, fuel and oxidizer analyzers, switching units, metering and regulation of fuel and oxidizer consumption, controlled taps, heat exchangers or vortex tubes or turbo expanders or Rosell, temperature sensors, pressure regulators, manifold pipelines.
Вариант предусматривает размещение инжектора, неохлажденного потока топлива в отверстии инжектора окислителя.The option provides for the placement of an injector, an uncooled fuel stream in the opening of the oxidizer injector.
Вариант предусматривает размещение инжектора охлажденного поток топлива в отверстии инжектора неохлажденного потока топлива.The embodiment provides for the placement of an injector of a cooled fuel stream in an opening of an injector of an uncooled fuel stream.
Вариант предусматривает, что узел замера расхода топлива конструктивно состоит из корпуса, сужающего устройства (трубки Вентури), датчика температуры и двух датчиков давления.The option provides that the fuel consumption metering unit structurally consists of a housing, a constricting device (Venturi tube), a temperature sensor and two pressure sensors.
Вариант предусматривает применение фильтров для очистки топлива и окислителя, сжимающего устройства, регуляторов давления, газоразделительного блока, имеющего, по меньшей мере, один мембранный или короткоцикловый адсорбционный или газодиффузионный газоразделительный сосуд.The option involves the use of filters for cleaning fuel and an oxidizing agent, a compression device, pressure regulators, a gas separation unit having at least one membrane or short-cycle adsorption or gas diffusion gas separation vessel.
Анализ информации показал, что заявленное техническое решение неизвестно из достигнутого уровня техники, в связи с чем оно соответствует критерию "новизна".An analysis of the information showed that the claimed technical solution is unknown from the achieved level of technology, and therefore it meets the criterion of "novelty."
Подобное техническое решение явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".Such a technical solution does not explicitly follow from the prior art and, therefore, meets the criterion of "inventive step".
Изобретение поясняется чертежом, на которой схематично изображено устройство и схема сжигания топлива, которые принципиально не отличается от других вариантов исполнения предложенного изобретения.The invention is illustrated by the drawing, which schematically shows a device and a scheme for burning fuel, which fundamentally does not differ from other embodiments of the proposed invention.
Устройство имеет два входа: атмосферного воздуха и углеводородного газа, по одному выходу азотной газовой смеси и кислорода к потребителю, один выход смеси атмосферного воздуха и кислорода, два фильтра: воздушный 11 и газовый 19, краны 15, 18, 29, управляемые краны 13, 14, задвижки дросселирующие 20, измеритель расхода газа 21, содержащий датчик температуры 22, два датчика давления 24, 24 и сужающее устройство (трубка Вентури) 25, регуляторы давления 16, 26, газоразделительный блок 12, теплообменники 17, 30, блок сжигания топлива 7 с отверстием для окислителя, инжекторы неохлажденного 8 и охлажденного топлива 9, датчики анализаторов газа 10, анализаторы газа и сжимающее устройство (не показаны).The device has two inputs: atmospheric air and hydrocarbon gas, one output of a nitrogen gas mixture and oxygen to the consumer, one output of a mixture of atmospheric air and oxygen, two filters: air 11 and gas 19, taps 15, 18, 29, controlled taps 13, 14, butterfly valves 20, gas flow meter 21, comprising a temperature sensor 22, two pressure sensors 24, 24 and a restriction device (Venturi tube) 25, pressure regulators 16, 26, gas separation unit 12, heat exchangers 17, 30, fuel combustion unit 7 with hole for oxidizer, also cores of uncooled 8 and chilled fuel 9, sensors of gas analyzers 10, gas analyzers and a compression device (not shown).
На чертеже показаны окислитель 1, потоки неохлажденного 2 и охлажденного топлива 3. При ламинарном диффузионном горении в зоне факела можно обнаружить пять зон: окислитель 1, топливо (смесь неохлажденного и охлажденного топлива 2+3), топливо и продукты сгорания 4, продукты сгорания 5, окислитель и продукты сгорания 6.The drawing shows oxidizing agent 1, flows of uncooled 2 and cooled fuel 3. During laminar diffusion combustion, five zones can be found in the flame zone: oxidizing agent 1, fuel (mixture of uncooled and cooled fuel 2 + 3), fuel and combustion products 4, combustion products 5 , oxidizing agent and combustion products 6.
При этом зона горения располагается там, где за счет молекулярной диффузии получается смесь, близкая к стехиометрической. Толщина этой зоны зависит от скорости химических реакций и при чисто диффузионном горении принимается бесконечно малой.In this case, the combustion zone is located where, due to molecular diffusion, a mixture is obtained that is close to stoichiometric. The thickness of this zone depends on the rate of chemical reactions, and with purely diffusive combustion it is assumed to be infinitely small.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Атмосферный воздух предварительно очищают от механических примесей в воздушном фильтре 11 и подают через управляемый кран 13, регулятор давления 16, теплообменник 17 в отверстие для инжектирования окислителя.Atmospheric air is preliminarily cleaned of mechanical impurities in the air filter 11 and fed through a controlled valve 13, a pressure regulator 16, a heat exchanger 17 into the hole for injecting the oxidizing agent.
При открытом кране 14 и закрытом кране 13 очищенный атмосферный воздух подается в газоразделительный блок 12, в котором происходит разделение воздуха на азотную газовую смесь (концентрация кислорода до 1%) и воздух, обогащенный кислородом, с концентрацией кислорода до 99%, затем воздух, обогащенный кислородом, через кран 18, регулятор давления 16, теплообменник 17 подается в отверстие для инжектирования окислителя.When the valve 14 is open and the valve 13 is closed, the purified atmospheric air is supplied to the gas separation unit 12, in which air is separated into a nitrogen gas mixture (oxygen concentration up to 1%) and oxygen enriched air with an oxygen concentration of up to 99%, then air enriched oxygen through a valve 18, a pressure regulator 16, a heat exchanger 17 is fed into the hole for injection of the oxidizing agent.
При приоткрытых кранах 13, 14 смешивают нагретый очищенный атмосферный воздух и воздух, обогащенный кислородом, и подают смесь 1+2 в отверстие для инжектирования окислителя.With ajar taps 13, 14, heated purified atmospheric air and oxygen-enriched air are mixed, and a 1 + 2 mixture is fed into the oxidizer injection hole.
При открытом кране 14 и закрытых кранах 13, 18 очищенный атмосферный воздух, азотную газовую смесь и воздух, обогащенный кислородом, подают потребителю.With the open valve 14 and the closed valves 13, 18, purified atmospheric air, a nitrogen gas mixture and oxygen enriched air are supplied to the consumer.
Одновременно предварительно очищают углеводородный газ от механических примесей в воздушном фильтре 19 и подают на задвижки дросселирующие 20, где в зависимости от степени открытия разделяют на два потока, первый неохлаждаемый поток углеводородного газа 2 и второй охлаждаемый поток углеводородного газа, первый поток углеводородного газа 2 подают в отверстие для инжектирования окислителя; второй поток углеводородного газа подают в измеритель расхода газа 21, в котором измеряют его температуру и давление, затем второй поток углеводородного газа подают при закрытом кране 29 пропускают через вихревую трубу 28 для его охлаждения и нагрева, в вихревой трубе 28 поток углеводородного разделяют на два потока: холодный и горячий, холодный поток имеет температуру на 5÷100°С ниже, а горячий на 5÷100°С выше температуры первичного потока на входе, подают холодный поток углеводородного газа через отверстие инжектора 9 в центральную область факела, горячий поток охлаждают в теплообменнике 17 потоком атмосферного воздуха 1 и смешивают с очищенным от механических примесей углеводородным газом.At the same time, hydrocarbon gas is preliminarily cleaned of mechanical impurities in the air filter 19 and throttling valves 20 are fed to the valves, where, depending on the degree of opening, they are divided into two streams, the first uncooled stream of hydrocarbon gas 2 and the second cooled stream of hydrocarbon gas, the first stream of hydrocarbon gas 2 is fed into an oxidizer injection hole; the second hydrocarbon gas stream is fed to a gas flow meter 21, in which its temperature and pressure are measured, then the second hydrocarbon gas stream is fed with the valve 29 closed and passed through the vortex tube 28 to cool and heat it; in the vortex tube 28, the hydrocarbon stream is divided into two streams : cold and hot, the cold stream has a temperature 5 ÷ 100 ° C lower, and hot 5 ÷ 100 ° C higher than the temperature of the primary stream at the inlet, a cold stream of hydrocarbon gas is fed through the opening of the injector 9 into the central region la, the hot stream is cooled in heat exchanger 17, air stream 1 and mixed with purified from mechanical admixtures hydrocarbon gas.
При закрытом кране 27 и открытом кране 29 поток углеводородного газа охлаждают в теплообменнике 30 и подают через отверстие инжектора 9 в центральную область факела.When the valve 27 is closed and the valve 29 is open, the hydrocarbon gas stream is cooled in the heat exchanger 30 and fed through the orifice of the injector 9 to the central region of the flame.
Регулирование концентрации оксидов углерода осуществляют с помощью датчиков анализаторов газа 10, управляемых кранов 13, 14, дроссельных задвижек 20, анализаторов газа и системы управления (не показаны).The concentration of carbon oxides is controlled by sensors of gas analyzers 10, controlled valves 13, 14, throttle valves 20, gas analyzers and a control system (not shown).
Температура продуктов сгорания при сжигании топлива с такими избытками окислителя составит 800-1300°С.The temperature of the combustion products during fuel combustion with such excess oxidizer will be 800-1300 ° C.
Предложенный способ сжигания газообразных углеводородов позволяет сжигать топливо с невысоким уровнем образования оксидов азота, ниже, чем в прототипе, и при этом уверенно выжигать топливо без образования коксовых остатков и уменьшения КПД энергоустановки за счет подачи охлажденного потока топлива именно в переобогащенную окислителем центральную область корневого сечения факела.The proposed method of burning gaseous hydrocarbons allows you to burn fuel with a low level of formation of nitrogen oxides, lower than in the prototype, and at the same time to confidently burn fuel without the formation of coke residues and reduce the efficiency of the power plant by supplying a cooled fuel stream to the central region of the torch root section that is re-enriched with oxidizer .
Техническое решение является универсальным и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтехимической, химической, коксохмической и в других отраслях промышленности и энергетике для уменьшения выбросов окислов азота из горелочных устройствах при сжигании углеводородных газов. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса горения с обеспечением экологической безопасности.The technical solution is universal and can be used in the oil, gas, petrochemical, chemical, coke and other industries and energy to reduce emissions of nitrogen oxides from burners during the combustion of hydrocarbon gases. The technical result of the invention is to increase the efficiency of the combustion process while ensuring environmental safety.
Заявленная газонаполнительная станция запланирована к производству на ООО "Уралтрансгаз" с использованием имеющихся материалов, комплектующих изделий и технологий.The declared gas filling station is planned for production at Uraltransgaz LLC using available materials, components and technologies.
Изложенное свидетельствует, что изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".The foregoing indicates that the invention meets the criterion of "industrial applicability".
Специалисту в данной области очевидны многочисленные модификации и варианты конкретных процессов, рассмотренных выше. Например, в соответствии с настоящим изобретением можно использовать различные температуры и составы окислителя и топлива в зависимости от общей конструкции системы. Кроме того, цепочку охлаждения подаваемого газа можно приспосабливать или перестраивать в зависимости от общих требований к конструкции, чтобы отвечать требованиям оптимального и эффективного процесса сжигания топлива. Как обсуждалось выше, конкретные варианты реализации и примеры не следует использовать для ограничения объема, который должен определяться нижеприведенной формулой изобретения и ее эквивалентами.Numerous modifications and variations of the specific processes discussed above will be apparent to those skilled in the art. For example, in accordance with the present invention, various temperatures and compositions of the oxidizing agent and fuel may be used depending on the overall system design. In addition, the supply gas cooling chain can be adapted or rebuilt depending on the general design requirements to meet the requirements of an optimal and efficient fuel combustion process. As discussed above, specific embodiments and examples should not be used to limit the scope to be determined by the claims below and their equivalents.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006103155/06A RU2296267C2 (en) | 2006-02-03 | 2006-02-03 | Method and device for burning hydrocarbon fuel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006103155/06A RU2296267C2 (en) | 2006-02-03 | 2006-02-03 | Method and device for burning hydrocarbon fuel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006103155A RU2006103155A (en) | 2006-06-27 |
| RU2296267C2 true RU2296267C2 (en) | 2007-03-27 |
Family
ID=36714575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006103155/06A RU2296267C2 (en) | 2006-02-03 | 2006-02-03 | Method and device for burning hydrocarbon fuel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2296267C2 (en) |
-
2006
- 2006-02-03 RU RU2006103155/06A patent/RU2296267C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006103155A (en) | 2006-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6247315B1 (en) | Oxidant control in co-generation installations | |
| US5458481A (en) | Burner for combusting gas with low NOx production | |
| US5688115A (en) | System and method for reduced NOx combustion | |
| CA2088339C (en) | Method for reducing nox production during air-fuel combustion processes | |
| AU2009267144B2 (en) | Reliable ignition of hot oxygen generator | |
| US7147461B2 (en) | Partially-open fired heater cycle providing high thermal efficiencies and ultra-low emissions | |
| JP2020112280A (en) | Boiler device and thermal power generation facility, capable of carrying out mixed combustion of ammonia | |
| US7993130B2 (en) | Method of combustion with the aid of burners in industrial furnaces, and a burner to this end | |
| WO2004081446A2 (en) | A method for combusting fuel in a fired heater | |
| RU2657561C2 (en) | Method for combustion of low-grade fuel | |
| RU2296267C2 (en) | Method and device for burning hydrocarbon fuel | |
| US5248252A (en) | Enhanced radiant output burner | |
| Li et al. | MILD oxy-fuel combustion | |
| KR890000328B1 (en) | Combustion of coal-water slurries | |
| US11649960B2 (en) | Low NOx burner with bypass conduit | |
| WO2023234428A1 (en) | Ammonia combustion furnace | |
| EP4310397A1 (en) | Furnace operation method | |
| WO2023161339A1 (en) | Combustion process using a hydrogen-nitrogen mixture as fuel gas | |
| KR100797493B1 (en) | Reducing system of nox | |
| Lazic et al. | An experimental and numerical study of the influence of FGR on NO~ x formation | |
| Astanovsky et al. | Catalytic oxidation of natural gas using flameless burners of a new design | |
| Kim et al. | Investigation of Fuel Lean Reburning | |
| Wünning et al. | Flameless burners | |
| WO2014196848A1 (en) | Method of operating a boiler unit and the boiler unit | |
| CA1062884A (en) | Nitrogen oxide control using steam hydrocarbon injection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150204 |