RU2054600C1

RU2054600C1 - Gaseous fuel combustion method

Info

Publication number: RU2054600C1
Application number: RU93057428A
Authority: RU
Inventors: А.М. Давидсон; П.А. Воронин; Б.М. Михайлов; С.В. Шлыкова; С.В. Александров; В.Н. Афанасьев; А.А. Кузнецов; И.И. Пчелин; Г.А. Перевозов
Original assignee: Северо-Кавказский горно-металлургический институт
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1996-02-20

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: method involves supplying water steam to flare root in an amount of 0,06-0,12 kg/cm³. EFFECT: increased efficiency and enhanced reliability in operation. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к сжиганию газообразного топлива и может быть использовано в глиноземной и цементной промышленности. The invention relates to the combustion of gaseous fuels and can be used in alumina and cement industries.

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.A known method of burning fuel, which serves pre-ionized oxidizing agent and before feeding it to the root of the flame additionally injected steam [1]
The disadvantage of this method is the cost of the process of burning fuel due to the additional costs of the installation of ionization and the current costs of the ionization process itself, so the method is ineffective.

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.Closest to the claimed method is a method of burning gas, in which steam is supplied to the second zone of gohenia, where the coefficient of excess air is 0.35-0.5 [2]
The disadvantage of the prototype is the low efficiency of the fuel combustion process, since in the second zone combustion occurs slowly due to a lack of oxygen (0.35-0.5), the influence of steam in this zone is unstable, and does not significantly reduce the content of nitrogen oxides in the exhaust gases .

Целью изобретения является повышение эффективности процесса сжигания газообразного топлива и сжигание содержания окислов азота в отходящих газах. The aim of the invention is to increase the efficiency of the process of burning gaseous fuels and burning the content of nitrogen oxides in the exhaust gases.

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.The goal is achieved by the fact that in the known method of burning gaseous fuel, comprising supplying fuel, air and water vapor to the combustion zone, the latter is fed into the torch root in an amount of 0.06-0.12 kg / m ^{3 of} total fuel consumption.

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.There is a causal relationship between the distinguishing features and the technical result, namely, the supply of water vapor to the burning torch of gaseous fuel in an amount of 0.06-0.12 kg per 1 m ^{3 of} natural gas leads to an increase in the productivity of furnaces and a reduction in unit costs fuel and reducing the content of nitrogen oxides in the exhaust gases.

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. An increase in productivity and a decrease in specific fuel consumption occurs due to an increase in the maximum temperature of the flame stream due to the catalyzing effect of water vapor and a decrease in the temperature of the exhaust gases due to improved heat transfer in the working space of the furnace as a result of an increase in the degree of blackness of the flame stream. The decrease in the nitrogen content in the exhaust gases is explained by a decrease in the rate of reactions of the formation of these oxides when water vapor is supplied.

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. Figure 1 shows the dependence of the furnace productivity and specific fuel consumption on steam consumption; figure 2 distribution of temperature along the furnace body; figure 3 the calculated value of the temperature distribution along the flame flow.

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,
CH $\binom{вл}{4}$ 92,712; С₂Н $\binom{вл}{6}$ 0,113;
С₃Н $\binom{вл}{8}$ 0,226; СО $\binom{вл}{2}$ 0,949; Н₂О^вл 6,0.The determination of the rational value of the mass of water vapor, which is expediently fed into the torch of gaseous fuel, was carried out experimentally in an alumina calcination furnace. The furnace had a size of 3.3 × 3.6 × 3.3 × 51.3 m and was heated with natural gas of the composition
CH $ow$ $\binom{}{4}$ 92,712; C ₂ N $\binom{ow}{6}$ 0.113;
C ₃ N $\binom{ow}{8}$ 0.226; With $\binom{ow}{2}$ 0.949; H ₂ O ^ow 6.0.

Теплотворность топлива была равной 33487 кДж/м. Сжигание осуществляли с коэффициентом избытка воздуха 1,08. The calorific value of the fuel was 33487 kJ / m. Burning was carried out with a coefficient of excess air of 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.During the tests, the flow rate of gaseous fuel, the flow rate of water vapor supplied, the furnace productivity over alumina, the temperature distribution over the furnace body, the temperature of the gas stream in the cold edge of the furnace, the temperature of the exhaust gases in front of the electrostatic precipitators, and the content of nitrogen oxides in the exhaust gases were measured. The test was carried out at a practically constant flow rate of gaseous fuel B2150 m ³ / h and a steam flow rate per 1 m ^{3 of} gas (P, kg / m ³ ): 0.01; 0.15; 0.2 and 0.25. With a steam flow rate of 0.25 kg / m ³ , the furnace productivity sharply decreased and the specific fuel consumption increased. Therefore, tests in this mode were stopped. In all other modes of steam flow, the experiments were carried out for at least a day after reaching the steady state process. The content of nitrogen oxides in the exhaust gases was determined during operation of the furnace without supplying steam to the torch and when 0.1 and 0.2 kg of water vapor per 1 m ^{3 of} gas was supplied to the torch.

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. The dependence of the furnace productivity on alumina, the specific consumption of equivalent fuel, the temperature of the gases in the cold edge of the furnace, the temperature of the exhaust gases in front of the electrostatic precipitators, and the content of nitrogen oxides in the exhaust gases on the specific consumption of the supplied steam are given in the table.

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.As follows from the table and FIG. 1, the technical result will be achieved only by supplying water vapor to the torch in the amount of 0.06-0.12 kg / m ^{3 of} gaseous fuel, since when the value is below 0.06 kg / m ³ and above 0 , 12 kg / m ³ begins to decrease the productivity of the furnace and increases the specific fuel consumption.

При удельном расходе пара 0,12 кг/м³ снижается максимальная температура факела и средняя температура пламенного потока по длине печи.With a specific steam consumption of 0.12 kg / m ^{3 the} maximum temperature of the flame and the average temperature of the flame flow along the length of the furnace are reduced.

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. Thus, it was revealed that in the function of supplying water vapor to the flare, there is a maximum of the highest flare temperatures, and at the same time, a maximum of productivity and a minimum of specific fuel consumption are achieved.

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, СН $\binom{вл}{4}$ 92,712; С₂Н $\binom{вл}{6}$ 0,113; С₃Н $\binom{вл}{8}$ 0,226; СО $\binom{вл}{2}$ 0,949; Н₂О^вл 6,0.PRI me R. The method was carried out on an alumina calcination furnace. The furnace had dimensions: 3.3 x 3.6 x 3.3 x 51.3 m and was heated by natural gas, SN $ow$ $\binom{}{4}$ 92,712; C ₂ N $\binom{ow}{6}$ 0.113; C ₃ N $\binom{ow}{8}$ 0.226; With $\binom{ow}{2}$ 0.949; H ₂ O ^ow 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).The calorific value of the fuel was 33496 kJ / m ³ . The gas flow rate was 2150 m ³ / h. In the absence of steam supply to the torch, the alumina productivity of the furnace was 16.97 t / h. Specific equivalent fuel consumption of 144.73 kg per 1 ton of alumina. The temperature of the gases in the cold edge of the furnace was 550 ^° C. The content of nitrogen oxides was 0.699 g per 1 m ^{3 of} exhaust gas. In this case, the temperature distribution along the furnace body and the calculated value of the temperature distribution along the flame flow are shown in FIGS. 2 and 3, respectively (curves 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.To implement the proposed method, water vapor in an amount of 0.1 kg per 1 m ^{3 of} gaseous fuel was supplied to the beginning of the torch along with the blast supplied. The gas flow rate was 2150 m ³ / h. In this case, the performance of alumina furnace increased to 12.27 tons / hr, the specific consumption of fuel decreased to 142.46 kg per 1 ton of alumina, the temperature of gases in a cold oven cut setting was reduced to 435 ^{° C} and the content of nitrogen oxides decreased to 0.472 g per 1 m ^{3 of} exhaust gas. The temperature distribution along the furnace body is shown in figure 2 (curve 2) and the distribution of the calculated temperature values along the flame flow is shown in figure 3 (curve 2). From the analysis of the graphs in figure 2 it follows that when the steam is supplied, the temperature of the body decreased, which indicates a decrease in heat loss through the furnace body. From the analysis of the graphs in figure 3 it follows that with the supply of steam, the maximum temperature of the flame stream increased, which indicates the catalyzing effect of water vapor. In this case, the temperature of the gases in the cold edge of the furnace decreased due to the improvement of heat transfer processes as a result of an increase in the degree of blackness of the flame flow.

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. Based on experimental data, when using the method of burning gaseous fuels, the efficiency of the combustion process increases, namely, specific fuel consumption is reduced, furnace productivity is improved, and the environmental ecology is improved by reducing the content of nitrogen oxides in the exhaust gas.

Claims

METHOD FOR COMBUSING GAS-FUEL FUEL by supplying fuel, air and water vapor to the combustion zone, characterized in that water vapor is supplied to the torch root in an amount of 0.06 - 0.12 kg / m ^{3 of} total fuel consumption.