CS207551B2

CS207551B2 - Combustion facility

Info

Publication number: CS207551B2
Application number: CS758324A
Authority: CS
Inventors: Karoly Peredi
Original assignee: Energiagazdalkodasi Intezet
Priority date: 1974-12-11
Filing date: 1975-12-09
Publication date: 1981-08-31
Also published as: SE7513751L; JPS5620444B2; JPS5177924A; CH612258A5; DE2534841A1; DD121831A5; ATA868375A; FR2294399B1; SE410802B; GB1508459A; NL7513624A; HU173841B; DE2534841C2; FR2294399A1; AT355701B; PL112852B1

Abstract

A combustion chamber (20) of the firing installation is provided with a fuel supply (22) and a primary air supply (24). The outlet of the combustion chamber is connected to a fire space (26) which has a secondary air supply point (28) and a tertiary air supply point (30) with in each case downstream heat-extraction points (32) or (34). The outlet of the flame duct (36) thus formed is connected to a convective heat-extraction point (38), the outlet of which on the flue-gas side is designated by (40). The flame duct (36) is at least partially delimited by refractory ceramic walls (42) and runs out downstream from the fire space (26) in an uncooled mixing space (46). Between the combustion chamber (20) and the fire space (26), a heat-extraction point (48) is connected into the flow path (44) of the combustion gases. In this arrangement, the combustion of the fuel runs in a temporally and spatially extended manner, so that a complete combustion is achieved without inadmissibly high temperatures in spite of a low air excess. The discharge both of uncombusted gases and of nitrogen oxides and sulphur trioxide is thus avoided to a great extent. <IMAGE>

Description

Vynález se týká spalovacího zařízení pro spotřebiče tepla, např. kotle a průmyslové pece.The invention relates to a combustion device for heat consumers, eg boilers and industrial furnaces.

Jestliže kouřové plyny, které unikají ze spalovacích zařízení, mají odpovídat normám pro ochranu prostředí, smějí obsahovat pouze malá množství sazí a nespálených plynů, jako je kysličník uhelnatý, vodík a uhlovodíky, jakož i kysličníků dusíku a kysličníku sírového. Zatímco· saze, nespálené plyny a kysličníky dusíku je nutno· potlačovat z důvodů ochrany prostředí a zdraví, představuje kysličník sírový, jak známo, nebezpečí koroze pro dochlazovací plochy kotelních souprav.If flue gases escaping from combustion plants are to comply with environmental standards, they may contain only small amounts of soot and unburnt gases such as carbon monoxide, hydrogen and hydrocarbons, as well as nitrogen oxides and sulfur oxides. While soot, unburnt gases and nitrogen oxides need to be suppressed for environmental and health reasons, sulfur trioxide, as is well known, poses a risk of corrosion for the cooling surfaces of boiler kits.

Bylo navrženo snižovat obsah sazí a nespálených plynů změnou poměru paliva a spalovacího vzduchu zvýšením přebytku vzduchu, čímž však stoupá spotřeba výkonu ventilátorů, dodávajících vzduch a současně klesá tepelná účinnost spalovacího zařízení. Přitom je množství kysličníků dusíku a kysličníku sírového jen o málo menší.It has been proposed to reduce the content of soot and unburnt gases by varying the ratio of fuel to combustion air by increasing the excess air, but this increases the power consumption of the air supply fans and at the same time decreases the thermal efficiency of the combustion apparatus. The amounts of nitrogen oxides and sulfur trioxide are only slightly lower.

Jestliže se zmenší přebytek vzduchu, zvýší se potřebný tlak vzduchu, při němž se dosáhne dobrého smísení paliva a spalovacího vzduchu. Také výkon ventilátorů stoupne. Zatímco v kouřových plynech se objeví saze a nespálené plyny, klesne obsah kys2 ličníků dusíku a kysličníku sírového pouze o několik procent.If the excess air is reduced, the necessary air pressure is increased, at which good fuel / combustion air mixing is achieved. The performance of the fans will also increase. While soot and unburnt gases appear in the flue gases, the nitrogen oxide and sulfur trioxide content of the flue gas decreases by only a few percent.

Kysličníky dusíku a kysličník sírový vznikají zejména při přebytku vzduchu a při teplotách přibližně nad 1 400 °C. Proto bylo navrženo použít spalovacího zařízení se zplyňovacím ústrojím v podobě kombustoru, u něhož spalovací vzduch přichází ve dvou stupních, přičemž v prvním· stupni spalování probíhá za chlazení a k úplnému spalování dochází až ve druhém stupni. Takto· se podařilo snížit obsah kysličníků dusíku z hodnoty asi 500 ppm/Nm3 asi o 40· až 601%, kdežto obsah kysličníku sírového· byl v podstatě 150· ppm/Nm3, tj. zůstal nezměněn. Protože již množství asi 1 ppm/NO (kysličník dusíku) a 10 ppm SO3 (kysličník sírový) je nebezpečné, popřípadě nežádoucí, nebyla ani známá spalovací zařízení s kombustory ještě vhodná pro· splnění uvedených požadavků.Nitrogen oxides and sulfur trioxide are formed, in particular, at excess air and at temperatures above about 1,400 ° C. Therefore, it has been proposed to use a combustion apparatus having a gasification apparatus in the form of a combo-compressor in which the combustion air comes in two stages, with the first combustion stage being cooled and the complete combustion only taking place in the second stage. Thus, the nitrogen oxide content was reduced from about 500 ppm / Nm3 by about 40 to 601%, while the sulfur trioxide content was essentially 150 · ppm / Nm3, ie remained unchanged. Since the amount of about 1 ppm / NO (nitrogen oxide) and 10 ppm SO3 (sulfur trioxide) is already dangerous or undesirable, the known combustion apparatuses with combusers have not yet been suitable for meeting the requirements.

Obtíž spočívá v tom, že odstranění nevýhodných součástí v kouřových plynech je vázáno na vzájemně protichůdné podmínky, protože ochrana zdraví vyžaduje vysoký přebytek vzduchu, kdežto pro ochranu prostředí a šetření dochlazovacích ploch kotlových zařízení je nutný co nejmenší přebytek vzduchu. ’The difficulty is that the removal of disadvantageous components in the flue gases is bound to mutually contradictory conditions, as health protection requires a high excess of air, while the minimum excess of air is necessary to protect the environment and save the cooling surfaces of the boiler plant. ’

К tomu přistupuje o Sobě malý střední specifický výkon topné plochy běžných spalovacích zařízení, pročež již z tohoto důvodu se musí počítat se značnou potřebou prostoru a oceli.In addition, there is a low mean specific heating capacity of conventional combustion plants, which is why considerable space and steel requirements must be taken into account.

Cílem vynálezu je odstranění uvedených nevýhod a vytvoření spalovacího zařízení, které splňuje ve značném rozsahu požadavky na ochranu prostředí a zdraví při nejvýšší tepelné účinnosti a nejmenší potřebě prostoru a materiálu. Úkolem vynálezu je dokonalé spalování hořlavých fátek, popřípadě plynů, vznikajících při spalování paliv, při nízké teplotě vznikajícího plamene. Toho se na rozdíl od známých spalovacích zařízení s koncentrovaným spalováním dosáhne postupným způsobem spalování, při němž sice spalování probíhá v různých, časově a prostorově oddělených stupních jako u zmíněného spalovacího zařízení s kombustorem, při němž se však dbá o to, aby mezi jednotlivými stupni docházelo ke vhodnému chlazení při udržení plamene, popř. před odvedením spalných plynů к jejich důkladnému dostatečnému smísení. Tímto smísením se dosáhne dokonalého spálení i při malém přebytku vzduchu, např. 1,02 až 1,04. Celkem se dosáhne úplného spálení případně zbylých hořlavých látek, jako částic uhlíku a hořlavých plynů při poměrně menším výkonu ventilátoru. Plamen, bohatý na částice uhlíku, a proto silně svítící vyzáří při teplotě 700 až 900 °C prakticky podíl asi 65 až 75 % užitečného množství tepla, takže pro konvenční spotřebiče tepla, mající značně nižší součinitel přestupu tepla, zůstává к dispozici asi 25 až 35 % množství tepla.It is an object of the present invention to overcome these disadvantages and to provide a combustion plant which satisfies to a large extent the requirements for environmental protection and health with the highest thermal efficiency and minimum space and material requirements. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a perfect combustion of combustible fumes or gases resulting from the combustion of fuels at a low flame temperature. This is in contrast to the known combustion plants with concentrated combustion, achieved by a progressive combustion process, in which the combustion takes place in different, temporally and spatially separated stages as in the above-mentioned combustion plant with a combustor, but taking care to ensure that suitable cooling while maintaining the flame, resp. before exhausting the combustion gases for thorough mixing. This mixing results in perfect combustion even with a small excess of air, e.g. 1.02 to 1.04. In total, complete combustion of any remaining flammable substances such as carbon particles and flammable gases is achieved at a relatively low fan power. The flame, rich in carbon particles, and therefore strongly lit, radiates at a temperature of 700 to 900 ° C practically a proportion of about 65 to 75% of the useful amount of heat, so that for conventional heat consumers having a considerably lower heat transfer coefficient % heat quantity.

U spotřebičů tepla, jako jsou kotle a průmyslové pece, kde se palivo rozkládá primárním vzduchem za nedostatku vzduchu, vzniklý teplý plyn se po stupních spaluje sekundárním a terciárním vzduchem a spalné plyny se odvádějí za předávání tepla.For heat consumers such as boilers and industrial furnaces where the fuel is decomposed by primary air in the absence of air, the resulting warm gas is burned in stages by secondary and tertiary air and the combustion gases are removed with heat transfer.

Teplý plyn se pak před přivedením sekundárního vzduchu ochladí o nejméně 50 °C až nad 650 °C -a před odvedením sé směšuje bez předání tepla při teplotě nad 650 °C.The hot gas is then cooled by at least 50 ° C to above 650 ° C prior to the introduction of the secondary air, and is mixed without heat transfer at a temperature above 650 ° C prior to removal.

Terciární vzduch se přitom může přivádět ce více než jednom stupni a tím se spalné plyny střídavě chladí a ohřívají. Tím je možno udržét spalovací teploty v rozmezí mírných hodnot, nejvyšší hodnota s výhodou nepřekročí 1400 °C, čímž se již může prakticky zabránit tvoření kysličníku dusíku a kysličníku sírového.The tertiary air can be supplied in more than one stage and the combustion gases are alternately cooled and heated. In this way, the combustion temperatures can be maintained in the range of moderate values, the highest value preferably not exceeding 1400 ° C, whereby the formation of nitrogen oxide and sulfur trioxide can already be practically prevented.

Totů spalování se účelně provádí spalovacím zařízením podle vynálezu, obsahujícím zplyňovací zařízení к rozkládání pálivá za nedostatku vzduchu, topný prostor к odevzdávání tepla v odběrných místech tepla s alespóň jedním přívodním místem sekundárního vzduchu, přičemž zplyňovací zařízení a topný prostor tvoří plamenový kanál, jehož podstata spočívá v tom, že mezi zplyňovací zařízení a topným prostorem je alespoň jedno odběrné místo tepla a topný prostor s alespoň jedním přívodem terciárního vzduchu vybíhá do nechlazeného směšovacího prostoru.The combustion means is expediently carried out by a combustion apparatus according to the invention comprising a gasifier for decomposing hot air in a lack of air, a heating chamber for delivering heat at heat removal points with at least one secondary air supply point, the gasifier and heating chamber forming a flame channel. in that there is at least one heat sink between the gasifier and the heating space and the heating space with at least one tertiary air supply extends into the uncooled mixing space.

Další podrobnosti vynálezu jsou vysvětleny na základě výkresů, které znázorňují různé příklady provedení spalovacího zařízení podle vynálezu.Further details of the invention are explained on the basis of the drawings which show various examples of embodiments of the combustion apparatus according to the invention.

Obr. 1 ukazuje přehledné blokové schéma všech pro vynález důležitých jednotek, obr. 2 je podélný řez svislého příkladu provedení spalovacího zařízení podle vynálezu, obr. 3 popř. 4 jsou dílčí řezy podle III—III, popř. IV—IV z obr. 2, obr. 5 ukazuje podélný řez vodorovného příkladného provedení spalovacího zařízení podle vynálezu podle V—V z obr. 6, obr. 6 představuje řez podle VI—VI z obr. 5, obr. 7 je svislý řez jiného příkladu provedení, obr. 8 ukazuje pohled shora na další příklad provedení spalovacího zařízení podle vynálezu, obr. 9 je svislý řez podle IX—IX z obr. 8.Giant. 1 is a schematic block diagram of all the units of importance for the invention; FIG. 2 is a longitudinal section of a vertical embodiment of a combustion apparatus according to the invention; 4 are sectional views according to III-III and FIG. Fig. IV-IV of Fig. 2, Fig. 5 shows a longitudinal section of a horizontal exemplary embodiment of the combustion apparatus according to the invention according to V-V of Fig. 6; Fig. 6 is a section according to VI-VI of Fig. 5; 8 shows a top view of another embodiment of the combustion apparatus according to the invention, FIG. 9 is a vertical section according to IX-IX in FIG. 8.

Stejné vztahové značky na výkresech označují podobné detaily.The same reference numerals in the drawings indicate similar details.

Na výkresech značí 20 zplyňovací ústrojí, např. kombustor s přívodem 22 paliva a přívodem 24 primárního vzduchu. Výstup zplyňovacího ústrojí 20 je spojen přes jednotku, která je popsána v dalším, se spalovacím prostorem 26,· který obsahuje o sobě známý způsob přívodu 28 sekundárního vzduchu a přívod 30 terciárního vzduchu, za nimiž jsou vždy zařazena odběrná místa 32, popř. 34 tepla. Celek výše uvedených jednotek výroby a spalování plynů se označuje jako plamenový kanál a má vztahovou značku 36. Výstup s plamenového kanálu 36 je spojen s konvenčním odběrným místem 38 tepla, jehož výstup nia straně kouřových plynů je označen 40.In the drawings, 20 denotes a gasifier, for example, a combo with a fuel supply 22 and a primary air supply 24. The outlet of the gasifier 20 is connected via a unit as described below to a combustion chamber 26, which comprises a known method of secondary air supply 28 and a tertiary air supply 30, respectively, downstream of which the sampling points 32 and 32 are respectively connected. 34 heat. The whole of the above gas generation and combustion units is referred to as the flame channel and has the reference numeral 36. The outlet of the flame channel 36 is connected to a conventional heat sink 38, the output of which is indicated at the flue gas side 40.

Popsaný plamenový kanál 36 spalovacího zařízení se zmíněnými o sobě známými částmi je podle vynálezu alespoň zčásti vymezen žáruvzdornými keramickými stěnami 42, které u znázorněného příkladu provedení jsou v celé délce plamenového kanálu 36, avšak mohou také být na jednom nebo· více místech přerušeny. Podle dalšího hlavního význaku: vynálezu plamenový kanál 36 vybíhá ve směru po proudu od spalovacího prostoru 26, tj. ve směru proudění spalných plynů, označeném šipkou 44, v nechlážéňý směšovací prostor 46; Podle třetího a posledního hlavního význaku vynálezu je mezi zplyňovacím ústrojím 20 a spalovacím prostorem 26 vřazeno do dráhy proudu spalných plynů odběrné místo 46 tepla. Význam uspořádání spalovacího zařízení způsobem podle vynálezu byl již naznačen. Spočívá v tom, že spalování paliva je prostorově a časově rozloženo a tím se dosáhne úplného spálení bez nepřijatelně vysokých teplot. Keramická žáruvzdorná stěna slouží к udržení plamene při vznikajících mírných teplotách. To bude nyní blíže vysvětleno na základě popisu způsobu činnosti spalovacího zařízení podle vynálezu.The flame duct 36 of the combustion apparatus described with known parts is, according to the invention, at least partially delimited by refractory ceramic walls 42 which, in the illustrated embodiment, extend along the entire length of the flame duct 36 but may also be interrupted at one or more locations. According to another main feature of the invention: the flame channel 36 extends downstream of the combustion chamber 26, i.e. in the direction of flow of the combustion gases indicated by the arrow 44, into an unconfined mixing chamber 46; According to the third and last main feature of the invention, a heat sink 46 is provided between the gasifier 20 and the combustion chamber 26 in the combustion gas path. The importance of the arrangement of the combustion apparatus according to the invention has already been indicated. It consists in the fact that the combustion of the fuel is spatially and temporally distributed, thereby achieving complete combustion without unacceptably high temperatures. The ceramic refractory wall serves to maintain the flame at moderate temperatures. This will now be explained in more detail on the basis of the description of the method of operation of the combustion apparatus according to the invention.

Do zplyňovacího ústrojí 20 se přivádí přívodem 22 paliva např. olej a přívodem 24 primárního· vzduchu primární vzduch 18, přičemž množství paliva a· vzduchu se volí tak, že ve splyňovacím ústrojí 29 probíhá hoření za nedostatku vzduchu a · tím vzniká hořlavý teplý plyn.The gasifier 20 is supplied with fuel 22 for example oil and primary air 24 with primary air 18, and the amount of fuel and air is selected such that combustion in the gasifier 29 is low-air combustion, thereby producing flammable warm gas.

Tento teplý plyn nyní proudí ve směru šipky 50' ' k prvnímu · odběrnému místu· 48 tepla, použitému podle vynálezu, např. mezi varné trubky, · kde se značně ochladí. Rozsah a· síla· proudění se · volí tak, že ochlazení činí nejméně· 50 °C. Tak se již zajistí, že teplota proudících plynů nepřekročí 1400^ °C, což je nutné · s ohledem na· vznik kysličníků dusíku. Odběrná jednotka· tepla, označená šipkou 52, slouží např. k odpařování vody.This hot gas now flows in the direction of the arrow 50 'to the first heat removal point 48 used according to the invention, eg between the boiling tubes, where it cools considerably. The range and the force of the flow are chosen so that the cooling is at least 50 ° C. This already ensures that the temperature of the flowing gases does not exceed 1400 [deg.] C., which is necessary in view of the formation of nitrogen oxides. The heat take-off unit, indicated by the arrow 52, serves, for example, to evaporate water.

Po ochlazení v prvním odběrném místě 48 tepla proudí teplý plyn ve směru· šipky 54 do přívodu 28- sekundárního vzduchu spalovacího· prostoru 26, kde · se plyn se sekundárním vzduchem 58 dále spaluje v podobě protáhlého svítícího plamene.· Přiváděný sekundární vzduch je naznačen šipkou 56.After cooling at the first heat removal point 48, warm gas flows in the direction of arrow 54 into the secondary air inlet 28 of the combustion chamber 26 where the secondary air gas 58 is further combusted in the form of an elongated illuminated flame. 56.

Plyn, vznícený u přívodu 28 sekundárního· vzduchu, proudí ve směru šipky 58 do druhého · odběrného místa 32 tepla, kde se plamenu odebírá teplo, · jak je naznačenošipkou· 60·. Svítícím plamenem se · však také ohřeje · do žáru keramická stěna 42, takže jednak se odběrné místo 32 tepla ohřívá zpětným zářením od stěn 42· a dále se zabrání zhasnutí plamene přes jeho ochlazení.The gas ignited at the secondary air inlet 28 flows in the direction of arrow 58 to a second heat sink 32 where heat is removed from the flame as indicated by the arrow 60. However, the ceramic wall 42 also heats up with the illuminated flame, so that the heat sink 32 is heated by backlighting from the walls 42 and the flame is extinguished through cooling.

Ze druhého odběrného · místa 32 tepla dospěje· ochlazený plamen ve · směru šipky 62 do přívodu 30 terciárního vzduchu, kde se směšuje s terciárním vzduchem 64,From the second heat sink 32, the cooled flame in the direction of arrow 62 reaches the tertiary air inlet 30 where it mixes with the tertiary air 64,

Kdežto u přívodu 28 sekundárního vzduchu probíhá spalování stále ještě za nedostatku vzduchu, děje se spalování u přívodu 30 terciárního· vzduchu za přebytku vzduchu, takže se dosáhne dokonalého spálení ještě přítomných hořlavých plynů.While the combustion of the secondary air inlet 28 still proceeds in the absence of air, the combustion of the tertiary air inlet 30 takes place in excess of air, so that the combustible gases still present are perfectly burned.

Spalné plyny nyní proudí ve směru· šipky 66 ke třetímu odběrnému místu 34 tepla, kde po ochlazení naznačeném šipkou 68 proudí ve směru šipky 70 do směšovacího prostoru 46.The combustion gases now flow in the direction of arrow 66 to the third heat sink 34, where, after cooling indicated by arrow 68, they flow into the mixing space 46 in the direction of arrow 70.

Zde se spalné plyny účelně za přebytku vzduchu a při teplotě asi 700 až 1000 °C bez odběru tepla důkladně dodatečně směšují, jak je to· naznačeno šipkou . 72 a přitom se úplně spalují popřípadě ještě nespálené plyny a částice sazí a uhlí, takže ze směšovacího prostoru 46 unikají ve směru šipky 74 bezbarvé· a prakticky čisté kouřové plyny do konvekčního čtvrtého odběrného místa · 38 tepla, v němž odevzdávají svůj obsah tepla, např. prostřednictvím dochlazovacích ploch neznázorněným spotřebičům tepla, jO^b· je to naznačeno šipkou 76; Místo jediného odběrného místa 38 tepla jich může být více.Here, the combustion gases are expediently mixed with an excess of air at a temperature of about 700 to 1000 [deg.] C. without heat removal, as indicated by the arrow. 72 while still burning any still unburned gases and soot and coal particles, so that colorless and practically pure flue gases escape from the mixing space 46 in the direction of arrow 74 to the convective fourth heat sink 38 to deliver their heat content, e.g. by means of cooling surfaces (not shown) of heat sinks (not shown), as indicated by arrow 76; Instead of a single heat sink 38, there may be more.

V obr. 2 je znázorněn příklad provedení, u něhož spalovací zařízení podle vynálezu je vytvořeno· jako· svislé spalovací zařízení pro kotel. Jako zplyňovací ústrojí 20 slouží kombustor s přívodem 22 paliva a přívodem 24 primárního· vzduchu. První odběrné · místo 48 tepla podle vynálezu Je · tvořeno trubkovým· vodním hadem, jehož přívod, · popřípadě odvod, jsou-· označeny 48a, popř. 48 b.FIG. 2 shows an embodiment in which the combustion apparatus according to the invention is designed as a vertical combustion apparatus for a boiler. The gasifier 20 is a combustor with a fuel inlet 22 and a primary air inlet 24. The first heat removal point 48 according to the invention consists of a tubular water coil, the inlet and outlet of which are marked 48a and 48a respectively. 48 p.

Sekundární vzduch 56 proudí· u znázorněného · příkladu provedení kanály · 56a do přívodu · 28 sekundárního vzduchu, přičemž ústí kanálů 56a · jsou označena 58b.The secondary air 56 flows through the channels 56a into the secondary air inlet 28 in the embodiment shown, the orifices 56a being 58b.

Druhé odběrné místo · 32 tepla sestává u znázorněného příkladu provedení· z varných trubek 32a,· které · jsou připojeny k rozdělováním trubkám · 32b, popřípadě 32c. Přívod 3-9 terciárního· vzduchu dostává terciární vzduch 64 kanály 64a, které u znázorněného příkladu provedení odbočují· z přívodního· kanálu sekundárního vzduchu. Ostí kanálů 64a terciárního vzduchu· u přívodu 30 terciárního· vzduchu jsou uspořádána· ve dvou různých výškách A—-A, B—-B a· jsou označena 64A, popřípadě 64®.In the illustrated embodiment, the second heat sink 32 consists of boiling tubes 32a, which are connected to the manifolds 32b and 32c, respectively. The tertiary air supply 3-9 receives tertiary air 64 channels 64a, which in the embodiment shown branch off the secondary air supply channel. The tertiary air ducts 64a at the tertiary air inlet 30 are arranged at two different heights A-A, B-B and are designated 64A and 64® respectively.

Třetí odběrné· místo . 34 tepla sestává rovněž z trubek 34a · s rozdělovacími trubkami 34b, popřípadě 34c, které např. patří k předehřívači nebo odpařovači.Third supply point. The heat 34 also consists of tubes 34a · with distribution tubes 34b and 34c, for example belonging to a preheater or an evaporator.

Směšovací prostor · 46 · podle vynálezu je u znázorněného příkladu provedení vytvořen jako· jednoduchý cyklón.The mixing space according to the invention is designed as a simple cyclone in the illustrated embodiment.

U znázorněného příkladu provedení jsou za· směšovacím· prostorem· 46 zařazena jako čtvrté · odběrné místo· 38·^:· tepla dvě konvekční odběrná zařízení tepla.· První je tvořeno· odpařovacími nebo přehřívacími trubkami 38a s rozdělovacími,· popř. sběracími komorami 38b, popřípadě 38c, přičemž trubky 38a jsou uspořádány pod úhlem asi 15°, aby bylo zajištěno obíhání vody. Druhé konvekční odběrné zařízení tepla sestává z trubek 38d,.. např. · předehřívače· napájecí vody, s neznázorněnými rozdělovacími, popřípadě -toěracími komorami.In the illustrated embodiment, for mixing · · · chamber 46 is classified as the fourth supply point · · 38 · ^· Heat two convective heat removal device. · The first is formed by vaporising and superheating · tubes with manifolds 38a, · respectively. collecting chambers 38b and 38c, respectively, wherein the tubes 38a are arranged at an angle of about 15 ° to ensure water circulation. The second convection heat removal device consists of pipes 38d, for example preheater feed water, with distribution chambers (not shown).

Jak patrno, jsou jednotky 20, 48, 28, ·32, . 30, 34 a 46, . tj. celý plamenový kanál 36, uspořádány všechny mezi žáruvzdornými keramickými stěnami 42, které ohřátím v provozu ozařují i strany trubek 32a, popřípadě 34a, odvrácené od příslušné části spalovacího prostoru 26, takže výkon i životnost trubek podstatně stoupnou.As can be seen, the units 20, 48, 28, 32 are. 30, 34 and 46,. i.e., the entire flame duct 36, all arranged between the refractory ceramic walls 42, which, by heating in operation, irradiate the sides of the tubes 32a and 34a facing away from the respective portion of the combustion chamber 26, so that the performance and service life of the tubes substantially increase.

Z obou· řezů podle -obr. 3 a 4 dále plyne, že poměr mezi plochou keramické stěny a ozařovanou plochou trubek po proudu od přívodu 33 terciárního vzduchu je· větší · než proti proudu cd něj. To- v daném případě znamená, že tb/d je větší než ta/d, přičemž d značí průměr trubek 32a a 34a, kdežto· ta, popřípadě t_b značí vzdálenosti trubek v odběrných místech 32,· popř. 34 tepla. Tímto způsobem se tepelné záření žhavé keramické stěny 42· tak přizpůsobí teplotnímu spádu přes· přívod 30 terciárního vzduchu, že tam, kde teplota plamenů je menší, se trubkami 34a třetího odběrného místa 34 tepla, ležícího po proudu od přívodu 30 terciárního vzduchu, odebírá méně tepla než trubkami 32a druhého odběrného místa 32 tepla, ležícího proti proudu od přívodu 30 terciárního vzduchu. Tím je tepelné hospodář siví topného zařízení ekonomičtější a jeho provoz spolehlivější.From both sections according to FIG. 3 and 4 further show that the ratio between the ceramic wall surface and the irradiated surface of the tubes downstream of the tertiary air inlet 33 is greater than upstream of it. This means in this case that tb / d is greater than ta / d, where d denotes the diameter of the tubes 32a and 34a, whereas t and / or t _b denote the distances of the tubes at the sampling points 32 and 34, respectively. 34 heat. In this way, the thermal radiation of the hot ceramic wall 42 so adapts to the temperature gradient through the tertiary air inlet 30 that, where the temperature of the flames is lower, less heat is drawn through the tubes 34a of the third heat sink 34 downstream of the tertiary air inlet. of the second heat sink 32 upstream of the tertiary air inlet 30. This makes the heat management of the heating device more economical and reliable.

Znázorněné příkladné provedení spalovacího zařízení podle vynálezu pracuje takto:The illustrated embodiment of the combustion apparatus according to the invention operates as follows:

Přívodem 22 paliva se přivádí palivo, například olej, plyn, uhelný prach nebo dřevný prach, který se v reakčním prostoru zplynovacího ústrojí 20 mísí s primárním vzduchem 18, proudícím přívodem 24 primárního vzduchu. Množství primárního vzduchu 18 činí asi 20 až 40 % teoretického množství spalovacího vzduchu, takže rozklad paliva ve zplynovacím ústrojí nastává za nedostatku vzduchu, přičemž v závislosti na obsahu vzduchu vzniká teplota 800 až 1300 °C.The fuel supply 22 supplies fuel, for example oil, gas, coal dust or wood dust, which is mixed in the reaction space of the gasifier 20 with primary air 18 flowing through the primary air supply 24. The amount of primary air 18 is about 20 to 40% of the theoretical amount of combustion air, so that the decomposition of the fuel in the gasification system occurs in the absence of air, with a temperature of 800 to 1300 ° C depending on the air content.

Vzniklý teplý plyn proudí ve směru šipky 50 prvním odběrným místem 48 tepla v podobě trubkového hada 48 a v něm se účinkem vody tekoucí v trubkovém hadu ochladí nejméně o 50 °C, aby vstupoval do přívodu 28 sekundárního vzduchu při teplotě asi 800 °C a jeho teplota při dalším spalování nepřekročila hodnotu 1400 °C.The resulting hot gas flows in the direction of arrow 50 through the first heat sink 48 in the form of a coil snake 48 and is cooled by at least 50 ° C under the effect of water flowing in the coil to enter the secondary air inlet 28 at about 800 ° C. the temperature during further combustion did not exceed 1400 ° C.

Množství sekundárního vzduchu 56, proudícího kanály 56a a jejich ústími 56b se účelně volí tak, že činí asi 65 až 45 % teoretického celkového množství vzduchu. Spalování v přívodu 28 sekundárního vzduchu proto probíhá rovněž při nedostatku vzduchu nyní asi 10 až 20 %, takže opět vzniká hořlavý plyn s obsahem СО, H2, CH a CnHn a různých uvolněných částic uhlíku, které přeměňují proud plynu v intenzívní svítící plamen. Vzniku NO a SOs se přitom účinně zabrání omezením teploty plynu.The amount of secondary air 56 flowing through the ducts 56a and their orifices 56b is suitably selected to be about 65 to 45% of the theoretical total air. The combustion in the secondary air supply 28 therefore also takes place at an air shortage of about 10 to 20%, so that again a combustible gas is produced containing СО, H2, CH and CnHn and various released carbon particles which convert the gas stream into an intense luminous flame. The formation of NO and SOs is effectively prevented by limiting the gas temperature.

Teplo plamene, unikajícího z přívodu 28 sekundárního vzduchu ve směru šipky 58 vyzařuje ve druhém odběrném místě 32 tepla zčásti na varné trubky 32a a zčásti na keramickou stěnu 42. Jak plyne z výkresu, žhavé stěny druhého odběrného místa 32 ozařují také strany varných trubek 32a odvrácené od proudu 58 plynu. Jak již bylo naznačeno, zvětší se tím jednak výkon varných trubek 32a a jednak také jejich životnost, protože se ohřívají rovnoměrně.The heat of the flame escaping from the secondary air inlet 28 in the direction of arrow 58 radiates partly at the boiling tubes 32a and partly at the ceramic wall 42 at the second heat sink 32. As shown in the drawing, the glowing walls of the second sink 32 also illuminate the sides of the boilers 32a from the gas stream 58. As already indicated, this increases both the performance of the brewing tubes 32a and their service life, since they are heated evenly.

Spalovací pochod pokračuje na přívodu 30 terciárního vzduchu tak, že žhavé plyny, přicházející ve směru šipky 62, se směšují s terciárním vzduchem 64, přiváděným kanály 64a a ústími 64A а 64B. Množství terciárního· vzduchu 64 se s malým přebytkem vzduchu zvolí tak, že je možno dosáhnout úplného spalování. Přitom plyny, proudící ve směru šipky 66, se ochlazují tím, že vyzařují své teplo trubkám 34a třetího odběrného místa 34 tepla. Tím se dosáhne protáhlého svít cího plamene mírné teploty nejvýše 1400 °C, takže se prakticky netvoří ani NO ani SOj. Plamen postupně vyhoří, přičemž jeho teplota klesne asi na 700 °C až 900 °C.The combustion process continues at the tertiary air inlet 30 so that the hot gases coming in the direction of the arrow 62 are mixed with the tertiary air 64 supplied by the channels 64a and the orifices 64A and 64B. The amount of tertiary air 64 is selected with a small excess of air so that complete combustion can be achieved. The gases flowing in the direction of arrow 66 are cooled by radiating their heat to the tubes 34a of the third heat sink 34. In this way, an elongated flame of a moderate temperature of not more than 1400 [deg.] C. is achieved, so that virtually no NO and SO3 are formed. The flame gradually burns and its temperature drops to about 700 ° C to 900 ° C.

Plyny unikající ze třetího odběrného místa 34 tepla ve směru šipky 7fl dospívají do směšovacího prostoru 46 podle vynálezu, kde narážejí na jeho krycí stěnu 46a a důkladně se smíchají, jak je naznačeno šipkou 72. To má za následek, že částice sazí, popřípadě nespálené součásti plynu, které v plamenu zde zhasínajícím jsou popřípadě ještě obsaženy, přijdou do styku s nespotřebovaným spalovacím vzduchem a při teplotě asi 700 až 900 °C zde panující úplně shoří. Tím se umožní vytvoření malého přebytku vzduchu, aniž přitom vzniknou příliš vysoké místní teploty 1600 až 1800 °C, běžné u známých spalovacích zařízení kotlů, a aniž jsou nutné vysoké výkony ventilátorů ke směšování spalných plynů a vzduchu.The gases escaping from the third heat sink 34 in the direction of arrow 7fl reach the mixing space 46 according to the invention where they impinge on its cover wall 46a and mix thoroughly as indicated by arrow 72. This results in soot particles or unburned components % of the gas which may be present in the flame that is still contained therein come into contact with the unused combustion air, and at a temperature of about 700 to 900 ° C the prevailing combustion therein is complete. This makes it possible to generate a small excess of air without creating too high local temperatures of 1600 to 1800 [deg.] C., which are common in the known boiler combustion systems, and without the high fan outputs to mix combustion gases and air.

Kouřové plyny, prosté vzduchu a opouštějící směšovací prostor 46, jež neobsahují ani saze, ani kysličník uhelnatý a uhlovodíky a pouze velmi málo NO_X a SO3, proudí do čtvrtého odběrového místa 38 tepla, kde jejich teplota klesne z hodnoty nad 650 °C na běžné hodnoty asi 150 °C, přičemž ochlazené čisté kouřové plyny ze spalovacího zařízení unikají ve směru šipky 40 do okolí.The air-free flue gases and leaving the mixing space 46, which contain neither soot nor carbon monoxide and hydrocarbons and very little NO _X and SO 3, flow to the fourth heat sink 38 where their temperature drops from above 650 ° C to normal 150 ° C, whereby the cooled clean flue gases from the combustion apparatus escape into the surroundings in the direction of arrow 40.

Průměrný specifický tepelný výkon (kcal/ /m² hod.) spalovacího zařízení podle vynálezu je podstatně větší proti známým spalovacím zařízením kotlů, protože podle výpočtů místo 38 až 40 % užitečného tepelného výkonu (kcal/hod.) se přenáší na topné plochy 68 až 73% tohoto výkonu v podobě energie záření, takže podstatně menší specifický tepelný výkon konvekčních topných ploch je daleko méně určující než u topných ploch např. v podobě svazků trubek. Také odpor v plamenovém kanále 36 na straně kouřových plynů je daleko menší než u běžných spalovacích zařízení, protože počet trubkových řad ve směru proudění kouřových plynů je menší než u dosavadních uspořádání. To je dáno jednak uvedenou již okolností, že při stejném tepelném výkonu procentní podíl konvekčních topných ploch klesá a jednak tím, že rozměr konvekčních trubkových jednotek ve směru osy trubek je vždy větší než oba ostatní rozměry kolmé ke směru proudění.The average specific heat output (kcal / / m ² hr) of the combustion plant according to the invention is considerably higher compared to known boiler combustion plants, since instead of 38 to 40% of the useful heat output (kcal / hr) is transferred to the heating surfaces 68 to 40 73% of this power in the form of radiation energy, so that the significantly lower specific heat output of the convection heating surfaces is much less decisive than for heating surfaces, for example in the form of tube bundles. Also, the resistance in the flue gas-side flame channel 36 is far less than that of conventional combustion devices, since the number of pipe rows in the flue gas flow direction is less than in the prior art. This is due to the fact that, with the same heat output, the percentage of convection heating surfaces decreases and, secondly, that the dimension of the convection tubular units in the direction of the pipe axis is always greater than the other dimensions perpendicular to the flow direction.

V obr. 5 a 6 je znázorněn příklad provedení, vytvořený jako vodorovné spalovací zařízení. Toto příkladné provedení se liší od předchozího zejména tím, že několik plamenových kanálů ústí do společného směšovacího prostoru. Ve znázorněném příkladě je uspořádáno šest plamenových kanálů, z nichž tři plamenové kanály jsou znázorněny v obr. 5 a dva další plamenové kanály jsou znázorněny v obr. 6, a jsou naznačeny svými středními čarami 36A, 36B, 36C, popřípadě 36D а 36E. Již popsané jednotlivosti jsou u plamenového kanálu 36A označeny vztahovými značkami svislého provedení podle obr. 2, kde byl uspořádán pouze jeden plamenový kanál 36. Jak patrno, směšovací prostor 46 tvoří úsek všech plamenových kanálů 36A a tak dále, čímž se opět ušetří prostor a pořizovací náklady.5 and 6 show an exemplary embodiment designed as a horizontal combustion device. This exemplary embodiment differs from the previous in particular in that several flame channels open into a common mixing space. In the illustrated example, six flame channels are provided, of which three flame channels are shown in Fig. 5 and two other flame channels are shown in Fig. 6, and are indicated by their center lines 36A, 36B, 36C and 36D and 36E respectively. 2, where only one flame channel 36 has been provided. As can be seen, the mixing space 46 forms a section of all flame channels 36A and so on, thus saving space and acquisition time again. costs.

Další význak spočívá v tom, že· rozdílu v poměru mezi plochou keramické stěny a 0zařovaným povrchem trubek po proudu, popřípadě proti proudu od přívodu terciární ho vzduchu, se nedosahuje různými odstupy mezi trubkami 32A popřípadě 34A, nýbrž nástavci 42A keramické stěny 42, které zvětšují plochy. Takto· je možno použít trubkových sad v podstatě stejného· provedení.Another feature is that the difference in the ratio between the ceramic wall surface and the radiated surface of the tubes downstream or upstream of the tertiary air supply is not achieved by different spacings between the tubes 32A or 34A, but the extensions 42A of the ceramic wall 42 areas. Thus, tube sets of substantially the same design can be used.

Odběrné místo· 38 tepla, zařazené za směšovací prostor 46, je i u tohoto příkladu provedení sestaveno z trubek 38a, popřípadě 38b. U obou skupin je rozměr a konvekčního odběrného místa tepla ve směru trubek 38a popřípadě 38d větší než ve směru kolmo na ně, přičemž kolmé rozměry jsou označeny b popřípadě c. To· znamená, že a je vždy větší než b popřípadě c. Takovými poměry rozměrů se dosáhne, že počet řad trubek uspořádaných ve směru 44 proudění je malý, takže i odpor proti proudění na straně kouřových plynů je příslušně menší.In this embodiment, the heat take-off point 38 downstream of the mixing chamber 46 is composed of tubes 38a and 38b, respectively. In both groups, the dimension a of the convective heat sink in the direction of the pipes 38a and 38d is greater than in the direction perpendicular thereto, the perpendicular dimensions being designated b or c. This means that a is always greater than b or c. it is achieved that the number of rows of tubes arranged in the flow direction 44 is small, so that the flow resistance on the flue gas side is correspondingly smaller.

Obr. 7 ukazuje příklad provedení, u něhož spalovací zařízení podle vynálezu je provedeno jako roštové spalovací zařízení. Ve znázorněném případě má roštové spalovací zařízení dva plamenové kanály 36A a 36B se společným zplyňovacím ústrojím 20, prvním odběrným místem 48 tepla a přívodem 28 sekundárního vzduchu. Pod druhými odběrnými místy 32A tepla, popřípadě 32B tepla plamenových kanálů 36A, popřípadě 36B je uspořádán o· sobě známý řetězový rošt 80, který dosahuje dopředu pod zapalovací a zplynovací klenbu 82 a dozadu podle vynálezu do kanálu 64A pro přívod terciárního vzduchu. Primární vzduch 18 proudí mezi bočnicemi řetězového· roštu 80 přívodem 24 primárního vzduchu, který je oddělen od přívodu 28 sekundárního vzduchu stěnou 84. Přívod 28 sekundárního vzduchu je opět oddělen stěnou 86 od přívodu 30 terciárního· vzduchu, uspořádaného rovněž mezi bočnicemi řetězového roštu. Uhlí se přivádí na řetězový rošt 80 o sobě známým způsobem přes zásobník 88.Giant. 7 shows an exemplary embodiment in which the combustion apparatus according to the invention is designed as a grate combustion apparatus. In the illustrated case, the grate combustion apparatus has two flame channels 36A and 36B with a common gasifier 20, a first heat removal point 48 and a secondary air supply 28. Below the second heat collection points 32A and 32B of the flame ducts 36A and 36B is a known chain grate 80 which extends forward below the ignition and gasification vault 82 and back to the tertiary air duct 64A according to the invention. The primary air 18 flows between the sidewalls of the chain grate 80 through a primary air inlet 24 which is separated from the secondary air inlet 28 through the wall 84. Again the secondary air inlet 28 is separated by a wall 86 from the tertiary air inlet 30 also arranged between the sidewalls. The coal is fed to the chain grate 80 in a manner known per se via a reservoir 88.

Znázorněné příkladné provedení roštového spalovacího· zařízení podle vynálezu podle obr. 8 pracuje· takto:The illustrated exemplary embodiment of a grate combustion apparatus according to the invention of FIG. 8 operates as follows:

Ze zásobníku 88 jde kusové uhlí na řetězový rošt 80 a zapalovací a zplynovací klenbou 82 se zapaluje a zplynuje. Zapalovací a zplynovací pochod, který probíhá již popsa ným způsobem za nedostatku vzduchu, odpovídá rozkladu plynu, např. podle příkladu provedení podle obr. 2 až 4, ovšem s tím rozdílem, že se nyní kusové uhlí jako· palivo rozkládá přicházejícím primárním vzduchem 18. Zplynovací zařízení 20 zde sestává z úseku řetězového roštu 80 před stěnou 84 a nechlazené části zapalovací a zplyňovací klenby 82.Lump coal goes from the reservoir 88 to the chain grate 80 and is ignited and gasified by the ignition and gasification vault 82. The ignition and gasification process, which is carried out as described above in the absence of air, corresponds to gas decomposition, e.g. according to the embodiment of FIGS. 2 to 4, but with the difference that lump coal as fuel is now decomposed by the incoming primary air 18. The gasification apparatus 20 here comprises a section of a chain grate 80 in front of the wall 84 and an uncooled portion of the ignition and gasification vault 82.

První odběrné místo 48 tepla je tvořeno· trubkovou stěnou uspořádanou na výstupním konci zapalovací a zplynovací klenby 82. Plyny opouštějící první odběrné místo 48 tepla, se setkávají se sekundárním vzduchem 56, proudícím z vývodů 56b mezi stěnami .84 a 86 a po vzplanutí proudí již popsaným způsobem· ve směru šipek 58A a 58B do· druhých odběrných míst 32A popř. 32B tepla.The first heat sink 48 is formed by a tubular wall disposed at the outlet end of the ignition and gasification vault 82. The gases leaving the first heat sink 48 meet with the secondary air 56 flowing from the outlets 56b between the walls 84 and 86 and flow after ignition. as described in the direction of arrows 58A and 58B to the second sampling points 32A and 32B, respectively. 32B heat.

Další úsek cesty proudu plynů tvoří přívody 30A, popř. 30B terciárního· vzduchu. Zde dospívá z kanálu 64a · terciární vzduch 64 do proudů plynů, přičemž částice uhlí, stržené ze · třetího úseku řetězového roštu 80 za stěnou 86, se· rovněž přivedou ke žhnutí popřípadě spalování.A further section of the gas flow path is formed by the inlets 30A and 30A, respectively. 30B tertiary air. Here, tertiary air 64 flows from the channel 64a to the gas streams, whereby the coal particles entrained from the third section of the chain grate 80 behind the wall 86 are also brought to the incineration or combustion.

Pokud jde· o další průběh spalovacího pochodu, lze poukázat např. na popis příkladu provedení podle o-br. 2' až 4.With regard to the further course of the combustion process, reference may be made, for example, to the description of an exemplary embodiment according to o-br. 2 'to 4.

U příkladu provedení podle obr. 8 a 9 se jedná o spalovací zařízení na uhelný prach, vytvořené podle vynálezu, kde se přivádí uhelný prach do palivových přívodů čtyř zplyňovacích ústrojí — z nichž tři jsou na výkrese označeny 20A, 20B, 20C. Odpovídající čtyři plamenové kanály 36A atd. ústí každý do jednoho· multicyklónu, které zde plní funkci směšovacího prostoru 46 a jsou označeny 46A, 46B, 46C, popř. 46D. · Vytvořením směšovacího prostoru jako skupiny multicyklónů 46A, 46B, 46C, 46D se dosáhne účinného· odlučování popílku, který se při spalování uhelného prachu hojně tvoří. Dovoluje také použití o sobě známého, a proto neznázorněného elektrofiltru po· proudu od rovněž neznázorněného konvekčního· čtvrtého odběrného místa tepla, čímž je možno zajistit potřebnou čistotu unikajících kouřových plynů i· při topení uhelným^! prachem.8 and 9 is a coal dust incinerator constructed in accordance with the present invention wherein coal dust is fed to the fuel feed lines of four gasifiers - three of which are designated 20A, 20B, 20C in the drawing. The corresponding four flame channels 36A, etc. each open into a single multicyclone, which here serves as a mixing space 46 and are designated 46A, 46B, 46C, respectively. 46D. By providing a mixing space as a group of multicyclones 46A, 46B, 46C, 46D, an efficient separation of the fly ash, which is abundantly formed in the combustion of coal dust, is achieved. It also permits the use of an electrostatic filter known per se, and therefore not shown, downstream of the convection heat removal point 4, which is not shown, so that the necessary purity of the escaping flue gases can be ensured even during coal heating ^! dust.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

1. Combustion plant for heat consumers, such as boilers and industrial furnaces, comprising a gasification plant for decomposing fuel in the absence of air, a heating space for heat transfer at heat draw points, with at least one secondary air supply point, the gasifier and heating the space forms a flame duct, characterized in that between the gasification device (20) and the heating space (26) there is at least one heat sink (48) and the heating space (26) with at least one tertiary air supply (30) an uncooled mixing space (46).

Combustion device according to claim 1, characterized in that a series of combustion channels (40A to 40D) extend into the common mixing space (46).

Combustion device according to Claim 1 or 2, characterized in that the mixing space (46) is designed as a multicyclone (46A to 46D) for the combustion of coal dust.