RU2829782C1

RU2829782C1 - Fuel combustion method

Info

Publication number: RU2829782C1
Application number: RU2023134641A
Authority: RU
Inventors: Виктор Дмитриевич Катин; Александр Александрович Журавлев
Filing date: 2023-12-21
Publication date: 2024-11-05

Abstract

FIELD: fuel combustion.

SUBSTANCE: method of fuel combustion relates to combustion of gaseous fuels in the field of oil refining and can be used during combustion of refinery fuel gases in furnaces of process tube furnaces of two- and multi-tier arrangement of burners along their height. Method of fuel combustion includes supply of fuel in the form of methane-ethane gas and air with excess factor α₁<1 and removal of combustion products to the second combustion zone with simultaneous supply of combustible gas and air with excess factor α₂>1.

EFFECT: higher environmental efficiency due to reduced concentration of nitrogen oxides in combustion products.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение предназначено для сжигания газообразных топлив различного состава и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности при горении собственных нефтезаводских газов топочных в устройствах трубчатых технологических печей с двухъярусным расположением горелок по их высоте.The invention is intended for burning gaseous fuels of various compositions and can be used in the oil refining industry for burning the refinery's own combustion gases in devices of tubular process furnaces with a two-tier arrangement of burners along their height.

Известно, что в зависимости от вида сжигаемого топлива в топках печей могут образовываться термические (воздушные) оксиды азота, так и топливные оксиды азота. При этом выход термических оксидов азота обусловлен высоким значением температуры горения топлива. Топливные оксиды азота образуются в основном по причине присутствия азотосодержащих соединений в топливе и в меньшей степени зависят от температуры горения.It is known that, depending on the type of fuel burned, thermal (air) nitrogen oxides and fuel nitrogen oxides can be formed in furnace furnaces. The release of thermal nitrogen oxides is due to the high combustion temperature of the fuel. Fuel nitrogen oxides are formed mainly due to the presence of nitrogen-containing compounds in the fuel and are less dependent on the combustion temperature.

Известен способ сжигания топлива, включающий подачу в первую зону горения топлива в виде водомазутной эмульсии с рабочей влажностью W^p=10-15% и воздуха с коэффициентом избытка α₁<1, отвод продуктов сгорания во вторую зону с одновременной подачей в нее горючего газа и воздуха с коэффициентом избытка α₂>1 (Патент № 1229515, МПК F23C 11/00. Способ сжигания топлива / Катин В.Д. (РФ). Опубл. 07.05.1986. Бюл №17).A method of fuel combustion is known, which includes feeding fuel in the form of a water-fuel oil emulsion with a working humidity of W ^p = 10-15% and air with an excess coefficient of α ₁ <1 into the first combustion zone, removing combustion products into the second zone with the simultaneous feeding of combustible gas and air with an excess coefficient of α ₂ >1 (Patent No. 1229515, IPC F23C 11/00. Fuel combustion method / Katin V.D. (RF). Published 07.05.1986. Bulletin No. 17).

В известном способе в зоне горелок первого яруса выгорание водомазутной эмульсии протекает при пониженных концентрациях кислорода (при=0,85-0,95) и более низких температурах в зоне горения вследствие поглощения тепла добавляемой в топливо водой, что снижает выход термальных оксидов азота. В зоне горелок второго яруса снижение образования термальных оксидов азота обеспечивается за счет поступления во вторую зону горения холодного воздуха с коэффициентом избытка=1,3-1,35, а несгоревшие горючие компоненты водомазутной эмульсии во второй зоне эффективно догорают в горящем потоке горючего газа.In the known method, in the zone of the first-tier burners, the burnout of the water-fuel oil emulsion occurs at reduced oxygen concentrations (at = 0.85-0.95) and lower temperatures in the combustion zone due to the absorption of heat by water added to the fuel, which reduces the yield of thermal nitrogen oxides. In the zone of the second-tier burners, the reduction in the formation of thermal nitrogen oxides is ensured by the supply of cold air with an excess coefficient of = 1.3-1.35 to the second combustion zone, and the unburned combustible components of the water-fuel oil emulsion in the second zone effectively burn out in the burning flow of combustible gas.

Недостатком известного способа сжигания топлива является его низкая экологическая эффективность, за счет повышенного содержания в продуктахсгорания топливных оксидов азота, несмотря на пониженную температуру в первой зоне горения вследствие поглощения теплоты водой, содержащейся в водомазутной эмульсии. Повышенное содержание топливных оксидов азота в продуктах сгорания объясняется наличием в водомазутной эмульсии связанного азота.The disadvantage of the known method of fuel combustion is its low ecological efficiency, due to the increased content of fuel nitrogen oxides in the combustion products, despite the reduced temperature in the first combustion zone due to the absorption of heat by water contained in the water-fuel oil emulsion. The increased content of fuel nitrogen oxides in the combustion products is explained by the presence of bound nitrogen in the water-fuel oil emulsion.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ сжигания топлива, подачу в первую зону топлива в виде пропан-бутанового газа и воздуха с коэффициентом избытка α₁<1, отвод продуктов сгорания во вторую зону горения с одновременной подачей в нее горючего газа и воздуха с коэффициентом избытка α₂>1 (Патент № 2288404, МПК F23C 99/00. Способ сжигания топлива / Катин В.Д., Пайметов Н.Г., Старовойт А.И. (РФ). - Опубл. 27.11.2006, бюл. №33).The closest in technical essence to the claimed invention is a method of burning fuel, feeding fuel in the form of propane-butane gas and air with an excess coefficient α ₁ <1 into the first zone, removing combustion products into the second combustion zone with the simultaneous feeding of combustible gas and air with an excess coefficient α ₂ >1 (Patent No. 2288404, IPC F23C 99/00. Method of burning fuel / Katin V.D., Paimetov N.G., Starovoit A.I. (RF). - Published 27.11.2006, Bulletin No. 33).

В данном способе в первой зоне горения снижение концентрации оксидов азота в продуктах горения обусловлено снижением выхода термических и отсутствием топливных оксидов азота. В зоне горелок второго яруса уменьшение образования термических оксидов азота обеспечивается вследствие поступления во вторую зону горения холодного воздуха с коэффициентом избытка=1,3-1,35, а несгоревшие горючие компоненты пропан-бутанового газа эффективно догорают во второй зоне в горящем потоке горючего газа.In this method, in the first combustion zone, the decrease in the concentration of nitrogen oxides in the combustion products is due to a decrease in the output of thermal and the absence of fuel nitrogen oxides. In the zone of the second-tier burners, the decrease in the formation of thermal nitrogen oxides is ensured by the supply of cold air with an excess coefficient of 1.3-1.35 to the second combustion zone, and the unburned combustible components of the propane-butane gas effectively burn out in the second zone in the burning flow of combustible gas.

Однако существенным недостатком известного способа сжигания топлива является его пониженная экологическая эффективность, обусловленная повышенным содержанием в продуктах сгорания термических оксидов азота при сжигании пропан-бутанового газа. Повышенная концентрация оксидов азота в продуктах горения объясняется затянутостью процесса горения про-пан-бутановых фракций высококалорийного газа, увеличением времени пребывания азота и кислорода воздуха в реакционной зоне горения, а также сравнительно высокой температурой горения пропан-бутанового газа, что приводит к высоким выбросам оксидов азота.However, a significant disadvantage of the known method of fuel combustion is its reduced environmental efficiency, caused by the increased content of thermal nitrogen oxides in the combustion products during combustion of propane-butane gas. The increased concentration of nitrogen oxides in the combustion products is explained by the protracted combustion process of propane-butane fractions of high-calorific gas, the increased residence time of nitrogen and oxygen in the reaction zone of combustion, as well as the relatively high combustion temperature of propane-butane gas, which leads to high emissions of nitrogen oxides.

Задачей предлагаемого нового способа сжигания топлива является повышение его экологической эффективности за счет снижения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания.The objective of the proposed new method of fuel combustion is to increase its environmental efficiency by reducing the concentration of nitrogen oxides in combustion products.

Для решения поставленной задачи в известном способе сжигания топлива путем подачи в первую зону горения топлива и воздуха с коэффициентом избытка α₁<1 и отвода продуктов сгорания во вторую зону горения с одновременной подачей в нее горючего газа и воздуха с коэффициентом избытка воздуха α₂>1, в качестве топливного газа, подаваемого в первую зону горения используют метан-этановый газ.To solve the stated problem in the known method of burning fuel by feeding fuel and air with an excess coefficient α ₁ <1 into the first combustion zone and removing combustion products into the second combustion zone with the simultaneous feeding of combustible gas and air with an excess air coefficient α ₂ >1 into it, methane-ethane gas is used as the fuel gas fed into the first combustion zone.

Таким образом, существенным признаком, отличающим заявляемое решение от известного, наиболее близкого по технической сущности, является использование в качестве топлива, подаваемого в первую зону горения метан-этанового газа, не содержащего в своем составе пропан-бутановый газ, являющийся низкокалорийным газом и тем самым не создающим при его горении высокую температуру горения.Thus, a significant feature that distinguishes the claimed solution from the known one, which is closest in technical essence, is the use of methane-ethane gas as fuel supplied to the first combustion zone, which does not contain propane-butane gas, which is a low-calorie gas and thus does not create a high combustion temperature during its combustion.

Благодаря использованию в первой зоне горения в качестве топлива метан-этанового газа существенно снижается общая концентрация оксидов азота в продуктах горения. Уменьшение общей концентрации оксидов азота обусловлено снижением выхода термических оксидов азота. Известно, что термические оксиды азота в большом количестве образуются вследствие максимальной температуры горения и увеличенного времени пребывания азота и кислорода в реакционной зоне горения. Именно поэтому теплоиспользование в качестве топливного газа в первой зоне горения вместо пропан-бутанового низкокалорийного газа, содержащего метан-этановый газ, приводит к снижению образования термических оксидов азота. Это можно объяснить тем, что выгорание нового метан-этанового газа протекает при более низкой температуре, чем при сжигании пропан-бутанового газа. Кроме того, время выгорания метан-этанового газа, меньше времени выгорания пропан-бутанового газа, что приводит к существенному уменьшению времени пребывания в зоне горения азота и кислорода, что приводит к снижениюобразования термических оксидов азота в первой зоне горения. Следует отметить, что при сжигании метан-этанового газа выделяется меньше диоксида углерода, а также метан-этановый газ может быть добыт из возобновляемых источников, таких как биогазовые установки (разложение органических веществ), так и из-под земли, в качестве природного газа. В результате чего существенно повышается экологическая эффективность заявляемого способа сжигания топлива.Due to the use of methane-ethane gas as a fuel in the first combustion zone, the total concentration of nitrogen oxides in the combustion products is significantly reduced. The decrease in the total concentration of nitrogen oxides is due to a decrease in the yield of thermal nitrogen oxides. It is known that thermal nitrogen oxides are formed in large quantities due to the maximum combustion temperature and the increased residence time of nitrogen and oxygen in the reaction combustion zone. This is why the use of low-calorie gas containing methane-ethane gas as a fuel gas in the first combustion zone instead of propane-butane leads to a decrease in the formation of thermal nitrogen oxides. This can be explained by the fact that the burnout of the new methane-ethane gas occurs at a lower temperature than when burning propane-butane gas. In addition, the burnout time of methane-ethane gas is less than the burnout time of propane-butane gas, which leads to a significant reduction in the residence time of nitrogen and oxygen in the combustion zone, which leads to a decrease in the formation of thermal nitrogen oxides in the first combustion zone. It should be noted that when burning methane-ethane gas, less carbon dioxide is released, and methane-ethane gas can be extracted from renewable sources, such as biogas plants (decomposition of organic matter), and from underground, as natural gas. As a result, the environmental efficiency of the claimed fuel combustion method is significantly increased.

Способ сжигания топлива поясняется схемой.The method of fuel combustion is explained by the diagram.

На схеме изображено топочное устройство для реализации предлагаемого способа.The diagram shows a combustion device for implementing the proposed method.

Устройство содержит: топку 1, комбинированные горелки 2, расположенные в два яруса, трубопроводы 3-6 подачи топливного газа и воздуха. Способ осуществляется следующим образом.The device contains: a firebox 1, combined burners 2 located in two tiers, pipelines 3-6 for supplying fuel gas and air. The method is carried out as follows.

При сжигании топливо делят на потоки. В горелку 2 первый зоны горения топки 1 по трубопроводу 3 подают метан-этановый газ (II), а по трубопроводу 4 воздух (I) сαкоэффициентом избытка α=0,85-0,95 (α₁<1).During combustion, the fuel is divided into flows. Methane-ethane gas (II) is fed into burner 2 of the first combustion zone of furnace 1 via pipeline 3, and air (I) with an α excess coefficient of α=0.85-0.95 (α ₁ <1) is fed via pipeline 4.

Затем продукты сгорания отводятся во вторую зону горения топки 1.Then the combustion products are discharged into the second combustion zone of the furnace 1.

Одновременно во вторую зону горения по трубопроводу 5 подают горючий газ (III), а по трубопроводу 6 подают холодный воздух (I) с коэффициентом избытка α=1,3-1,35 (α₂>1). При этом общий коэффициент избытка воздуха, подаваемого в первую и вторую зоны горения составляет α=1,1-1,15 (α>1).At the same time, combustible gas (III) is supplied to the second combustion zone via pipeline 5, and cold air (I) is supplied via pipeline 6 with an excess coefficient of α=1.3-1.35 (α ₂ >1). In this case, the total excess coefficient of air supplied to the first and second combustion zones is α=1.1-1.15 (α>1).

Выгорание метан-этанового газа протекает при пониженных количествах воздуха и более низких температурах, что снижает выход термических оксидов азота. Снижение образования термических оксидов азота во второй зоне обеспечивается за счет подачи холодного воздуха, понижающего температуру горения.Methane-ethane gas combustion occurs at reduced air quantities and lower temperatures, which reduces the output of thermal nitrogen oxides. Reduction of thermal nitrogen oxide formation in the second zone is ensured by supplying cold air, which lowers the combustion temperature.

Таким образом, заявляемый способ сжигания топлива обладает высокой экологической эффективностью и достигается тем самым поставленная задача изобретения.Thus, the claimed method of burning fuel has high environmental efficiency and thereby achieves the stated objective of the invention.

Claims

The method of burning fuel is carried out by feeding fuel and air with an excess coefficient of α ₁ <1 into the first combustion zone and removing combustion products into the second combustion zone with the simultaneous feeding of combustible gas and air with an excess coefficient of α ₂ >1, characterized by the fact that methane-ethane gas is used as the fuel fed into the first combustion zone.