EA016606B1

EA016606B1 - Method for combined and separate burning fine carbon and biopellets

Info

Publication number: EA016606B1
Application number: EA201101501A
Authority: EA
Inventors: Рафаил Львович Исьемин; Сергей Николаевич Кузьмин; Валентин Васильевич Коняхин; Дмитрий Михайлович Вирясов; Виктор Михайлович Зайченко
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Малые Газопоршневые Тэс"
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-06-29
Also published as: EA201101501A1

Abstract

Invention relates to the boilers engineering and can be used in public and industrial power engineering for burning fine carbon and biopellets. Horizontal fire-smoke-tube boiler for burning fine carbon with high content of dust fraction, particularly in corporate with biopellets having low ash melting temperature. The boiler comprises a flame tube limited by a front wall and a back wall and a system smoke tubes connected with the flame tube via a gas passage, the flame tube and the system smoke tubes are washed by water. In a lower section of the flame tube is a fuel fluidized bed which lower part is laterally limited by an air discharge grill defined by two pairs of pattern arranged opposite one another and connected to a blower fan and the patterns are mounted one above other. Each pattern has an opening for supply air under a layer of the fuel. The patterns are faced to openings of an opposite pattern in which patterns are mounted perpendicular to a longitudinal axis of the boiler, upper patterns are of a circular shape and connected to the secondary blow fan in order to increase efficiency of boiler operation during the burning of fine carbon with high content of dust fraction, particularly corporate with biopellets having low ash melting temperature and for this purpose providing turbulent pseudo-fluidization.

Description

Изобретение относится к котельной технике и может быть использовано в коммунальной и промышленной энергетике, где требуется обеспечить бесшлаковочное сжигание мелкодисперсного угля и биогранул.The invention relates to boiler technology and can be used in municipal and industrial power engineering, where it is required to ensure slagless combustion of fine coal and biogranules.

Известен горизонтальный жаротрубно-дымогарный котел, содержащий омываемые водой жаровую трубу, ограниченную передней и задней стенками, и систему дымогарных труб, связанную с жаровой трубой по газовому тракту, причем в нижней части жаровой трубы обеспечена возможность образования кипящего слоя топлива, в своей нижней части с боков ограниченного воздухораспределительной решеткой, образованной соединенными с дутьевым вентилятором и расположенными напротив друг друга двумя парами установленных друг над другом профилей, каждый из которых имеет отверстая для подачи воздуха под слой топлива, причем каждый из профилей установлен параллельно продольной оси котла, а отверстия для подачи воздуха под слой топлива обращены к центру котла, при этом к стойке нижнего профиля приварен краями своих полок верхний профиль, по торцевым граням приваренный также к ограничивающим жаровую трубу передней и задней стенкам (евразийский патент № 006130, Р 24 Н 1/28, Р 23 С 10/20, 27 октября 2005 г.).A horizontal fire-tube-smoke boiler is known, which contains a water-flushed heating tube bounded by the front and rear walls, and a system of fire tubes connected to the flame tube through the gas path, and in the lower part of the flame tube there is a possibility of formation of a boiling layer of fuel the sides of the limited air distribution grille formed by two pairs of profiles installed one above another, connected to the blower fan and located opposite each other They have an air supply hole under the fuel layer, each of the profiles is installed parallel to the longitudinal axis of the boiler, and the air supply holes under the fuel layer face the center of the boiler, while the upper profile is welded to the stand of the lower profile, welded at the edges of its shelves also to the limiting flame tube of the front and rear walls (Eurasian patent No. 006130, Р 24 Н 1/28, Р 23 С 10/20, October 27, 2005).

Недостатком котла является его низкая эффективность при сжигании мелкодисперсных углей с большим содержанием пылевой фракции, в том числе совместно с биогранулами, особенно в том случае, если последние изготовлены из биомассы с низкой температурой плавления золы (к примеру, из соломы). Из-за низкой начальной высоты слоя, обусловленной конструкцией топки котла, при сжигании мелкодисперсного угля с большим содержанием пылевой фракции происходит значительный вынос последней в надслоевое пространство, где нет условий для их полного выгорания в отличии от условий, создающихся в кипящем слое, горячая инертная масса которого стабилизирует и интенсифицирует процесс горения угля. С другой стороны при сжигании биотоплива, как отдельно, так и совместно с углем, происходит выброс в надслоевое пространство летучих веществ, где из-за низкой, в сравнении с кипящим слоем, турбулизации газового потока они сгорают далеко не в полном объеме. Кроме того, при сжигании биомассы с низкой температурой плавления золы требуется увеличение рабочей скорости газа в слое для разрушения образующихся золо-шлаковых агломератов, что невозможно сделать из-за низкой начальной высоты слоя и опасности выноса из слоя значительной доли твердой фазы с последующим прекращением процесса горения. Указанные недостатки могут быть преодолены путем сжигания мелкодисперсных углей с большим содержанием пылевой фракции, в том числе совместно с биогранулами с низкой температурой плавления золы, в турбулентном кипящем слое, который позволяет организовать устойчивую циркуляцию твердой и газовой фаз в достаточно протяженном в вертикальном направлении объеме, чтобы обеспечить более полное выжигание как мелких частиц угля, так и летучих компонентов биотоплива. Поскольку турбулентный кипящий слой образуется при высоких скоростях газа, то создаются также условия для разрушения образующихся золо-шлаковых агломератов.The disadvantage of the boiler is its low efficiency when burning finely dispersed coal with a high content of the dust fraction, including in conjunction with biogranules, especially if the latter are made of biomass with a low ash melting point (for example, from straw). Due to the low initial layer height due to the boiler furnace design, burning fine coal with a high content of dust fraction leads to significant removal of the latter into the superlayer space, where there are no conditions for their complete burning out, as opposed to the conditions created in the fluidized bed, hot inert mass which stabilizes and intensifies the process of burning coal. On the other hand, when burning biofuels, both separately and together with coal, volatile substances are released into the superlayer space, where, due to low gas flow turbulization compared to the fluidized bed, they burn far from full. In addition, when burning biomass with a low ash melting point, an increase in the operating gas velocity in the layer is required to destroy the resulting ash-slag agglomerates, which cannot be done due to the low initial height of the layer and the danger of the significant fraction of the solid phase being removed from the layer with subsequent termination of the combustion process . These drawbacks can be overcome by burning finely dispersed coals with a high content of dust fraction, including together with biogranules with a low ash melting point, in a turbulent fluidized bed, which allows you to organize a stable circulation of the solid and gas phases in a sufficiently long vertical volume to provide more complete burning out of both small particles of coal and volatile components of biofuel. Since a turbulent fluidized bed is formed at high gas velocities, conditions are also created for the destruction of the resulting ash-slag agglomerates.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности сжигания мелкодисперсных углей с большим содержанием пылевых фракций, в том числе совместно с биогранулами с низкой температурой плавления золы путем создания условий для образования турбулентного кипящего слоя с устойчивой циркуляцией газовой и твердой фаз в протяженном в вертикальном направлении объеме, что обеспечивает полное выгорание как мелких частиц угля, так и летучих, и разрушает образующиеся золошлаковые агломераты.An object of the invention is to increase the efficiency of combustion of finely dispersed coal with a high content of dust fractions, including in conjunction with biogranules with a low ash melting point by creating conditions for the formation of a turbulent fluidized bed with a stable circulation of gas and solid phases in a lengthy vertical volume, which provides complete burnout of both small particles of coal and volatile, and destroys the resulting ash and slag agglomerates.

Указанная задача решена посредством создания жаротрубно-дымогарного котла для сжигания мелкодисперсного угля с большим содержанием пылевой фракции, в том числе совместно с биогранулами с низкой температурой плавления золы содержащем омываемые водой жаровую трубу, ограниченную передней и задней стенками, и систему дымогарных труб, связанную с жаровой трубой по газовому тракту, причем в нижней части жаровой трубы размещен кипящий слой топлива, в своей нижней части ограниченный с боков воздухораспределительной решеткой, образованной соединенными с дутьевым вентилятором и расположенными напротив друга двумя парами установленных друг над другом профилей, каждый из которых имеет отверстия для подачи воздуха под слой топлива, которые обращены к отверстиям противоположного профиля, в котором с целью повышения эффективности работы котла при сжигании мелкодисперсного угля с большим содержанием пылевой фракции, в том числе совместно с биогранулами с низкой температурой плавления золы и создания для этого режима турбулентного псевдоожижения профили установлены перпендикулярно продольной оси котла, верхние профили имеют округлую форму, связаны с вентилятором вторичного дутья.This problem is solved by creating a fire-tube-smoke boiler for burning fine coal with a high content of dust fraction, including in conjunction with low-melting biogranules of ash containing water-washed flame tube bounded by the front and rear walls, and a smoke tube system associated with fiery pipe along the gas path, and in the lower part of the flame tube is placed a boiling layer of fuel, in its lower part limited from the sides by an air distribution grill formed with united with a blower fan and two pairs of profiles installed one above the other opposite each other, each of which has openings for air supply under the fuel layer that face the openings of the opposite profile, in order to increase the efficiency of the boiler when burning fine coal with high content dust fraction, including with low ash melting biogranules and creation of turbulent fluidization for this mode, profiles are set perpendicular larly to the longitudinal axis of the boiler, the upper profiles have a circular shape, are connected with the secondary blast fan.

Расположение профилей воздухораспределительной решетки перпендикулярно продольной оси котла позволяет при любой производительности котла подобрать расстояние между парами установленных друг напротив друга профилей и размеры самих профилей таким образом, чтобы создать достаточно протяженный в вертикальном направлении кипящий слой постоянной ширины, определяемой расстоянием между противоположными профилями. Это позволяет поддерживать в слое скорости газа, достаточно высокие для образования режима турбулентного псевдоожижения, без опасности уноса материала слоя и прекращения горения.The location of the air distribution grille profiles perpendicular to the longitudinal axis of the boiler allows for any boiler performance to choose the distance between pairs of profiles installed opposite each other and the dimensions of the profiles themselves in such a way as to create a boiling layer of constant width long enough in the vertical direction determined by the distance between the opposite profiles. This allows you to maintain in the layer of gas velocity, high enough for the formation of a regime of turbulent fluidization, without the risk of entrainment of the material layer and the cessation of combustion.

Соединение верхних профилей с вентилятором вторичного дутья позволяет подавать вторичный воздух в верхнюю часть слоя, где, за счет турбулизации газового потока частицами слоя, будет обеспеThe connection of the upper profiles with the secondary blower fan allows the secondary air to be supplied to the upper part of the layer, where, due to the turbulence of the gas flow, the particles of the layer will provide

- 1 016606 чено эффективное дожигание летучих веществ.- 1 016606 cheno effective afterburning of volatile substances.

Округлая форма верхних профилей препятствует образованию на этих профилях отложений частиц золы и топлива.The rounded shape of the upper profiles prevents the formation of ash and fuel particles on these profiles.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1а изображен предлагаемый котел в продольном разрезе по линии 2-2; на фиг. 1б изображен предлагаемый котел в поперечном разрезе по линии 1-1.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1a shows the proposed boiler in a longitudinal section along the line 2-2; in fig. 1b depicts the proposed boiler in cross section along the line 1-1.

Предлагаемый котел включает цилиндрический корпус 1, в котором расположена жаровая труба 2, которая посредством системы коротких и длинных дымогарных труб 3, 4 соединена с дымоходом 5, по которому дымовые газы удаляются из котла в дымовую трубу (на чертежах не изображена). Во время работы котла в нижней части жаровой трубы 2 имеется кипящий слой топлива. Кипящий слой в своей нижней части с боков ограничен воздухораспределительной решеткой, содержащей нижний перфорированный сбоку профиль 6 и верхний перфорированный сбоку и скругленный профиль 7. Нижние профили 6 посредством первой системы труб 8 через первый коллектор 9 связаны с дутьевым вентилятором (на чертежах не изображен). Верхние профили 7 посредством второй системы труб 10 через второй коллектор 11 связаны с вентилятором для подачи вторичного воздуха (на чертежах не изображен). В верхней части котла расположен патрубок 12 для подачи гранул в топку котла, который связан с системой подачи гранул в котел (на чертежах не изображена). На передней стенке котла расположен патрубок 13 для подачи мелкодисперсного угля в топку котла, который связан с системой для подачи мелкодисперсного угля (на чертежах не изображена). На торцевой и задней стенках котла расположены первая и вторая поворотные дымовые коробки 14 и 15 соответственно. В верхней части цилиндрического корпуса котла 1 расположен штуцер 16 для отвода воды, нагретой в котле, а в нижней части цилиндрического корпуса котла расположен трубопровод 17 для подвода циркулирующей через котел воды.The proposed boiler includes a cylindrical housing 1, in which a heat pipe 2 is located, which is connected with a chimney 5 through a system of short and long fire tubes 3, 4, through which flue gases are removed from the boiler into a chimney (not shown). During operation of the boiler in the lower part of the flame tube 2 there is a boiling layer of fuel. The fluidized bed in its lower part is laterally bounded by an air-distribution grille containing the lower profile 6 perforated at the side and the upper profile perforated at the side and rounded profile 7. The lower profiles 6 are connected to the blower fan through the first collector 9 through the first collector 9 (not shown). The upper profiles 7 through the second system of pipes 10 through the second manifold 11 are connected with a fan for supplying secondary air (not shown in the drawings). In the upper part of the boiler there is a nozzle 12 for feeding the pellets into the boiler furnace, which is connected with the pellet feeding system to the boiler (not shown). On the front wall of the boiler is located the pipe 13 for supplying fine coal to the boiler furnace, which is connected with the system for supplying fine coal (not shown). On the front and rear walls of the boiler are the first and second rotary smoke boxes 14 and 15, respectively. In the upper part of the cylindrical body of the boiler 1 there is a fitting 16 for draining the water heated in the boiler, and in the lower part of the cylindrical body of the boiler there is a pipeline 17 for supplying water circulating through the boiler.

Котел работает следующим образом. По подводящему трубопроводу 17 объем котла заполняется водой, которая, нагреваясь, выходит через штуцер 16. Гранулированное биотопливо поступает через патрубок 12 посредством системы топливоподачи, расположенной вне котла. Мелкодисперсный уголь поступает через патрубок 13 посредством системы топливоподачи, расположенной вне котла. Гранулированное биотопливо и уголь поступают в жаровую трубу 2 между профилями 6, где с использованием дутьевого воздуха, подаваемого под слой топлива через перфорированные профили 6, переходит в псевдоожиженное состояние. Дымовые газы по коротким 3 и длинным 4 дымогарным трубам поступают в дымоход 5 и дымовую трубу 2. При этом нагревается вода, заключенная в корпусе котла 1. Для наиболее полной утилизации тепла дымовых газов, последние при своем движении поворачиваются на 180° в задней дымовой коробке 14. Для сбора этих газов перед входом в дымоход 5 служит первая передняя дымовая коробка 15.The boiler works as follows. The supply pipeline 17 volume of the boiler is filled with water, which, heating, goes through the nozzle 16. Granular biofuel flows through the nozzle 12 through the fuel supply system, located outside the boiler. Fine coal enters through the pipe 13 through the fuel injection system, located outside the boiler. The granulated biofuel and coal enter the flame tube 2 between the profiles 6, where, using the blast air supplied under the fuel layer through the perforated profiles 6, it enters a fluidized state. The flue gases through the short 3 and long 4 smoke tubes enter the chimney 5 and the flue 2. This heats the water enclosed in the boiler body 1. For the most complete utilization of flue gas heat, the latter rotate 180 ° in the rear smoke box 14. To collect these gases before entering the chimney 5 is the first front smoke box 15.

Воздух, поступающий для сжигания топлива, разделяется на два потока: первичный, подаваемый по первому коллектору 9 и первой системе труб 8 под профили 6, а затем через отверстия в стенках профилей 6 этот воздух поступает под слой топлива и способствует переходу топлива в псевдоожиженное состояние. Вторичный воздух поступает через второй коллектор 11 и вторую систему труб 10 под профили 7, а затем через отверстия в полках профилей 7 поступает в топку и участвует в дожигании летучих компонентов.The air entering for combustion of the fuel is divided into two streams: the primary air supplied through the first collector 9 and the first pipe system 8 for profiles 6, and then through the holes in the walls of the profiles 6 this air enters the fuel layer and contributes to the transition of the fuel to a fluidized state. Secondary air enters through the second manifold 11 and the second pipe system 10 under profiles 7, and then through the openings in the shelves of profiles 7 enters the furnace and participates in the afterburning of volatile components.

В пространстве между профилями 6 и 7, а также между передней и задней стенками жаровой трубы 2 образуется турбулентный псевдоожиженный слой горящего топлива и золы, достаточно протяженный в вертикальном направлении для эффективного сгорания всех фракций мелкодисперсного угля и летучих. Высокие скорости газа, поддерживаемые в слое, разрушают золошлаковые агломераты, образующиеся в слое при сжигании топлив с низкой температурой плавления золы.In the space between profiles 6 and 7, as well as between the front and rear walls of the flame tube 2, a turbulent fluidized bed of burning fuel and ash is formed, sufficiently long in the vertical direction for the effective combustion of all fractions of fine and volatile coal. The high gas velocity maintained in the bed destroys the ash and slag agglomerates formed in the bed during the combustion of fuels with a low ash melting point.

Округлая форма профилей 7 препятствует образованию на них отложений золы и топлива, а выходящий из отверстий этих профилей вторичный воздух обеспечивает эффективное дожигание летучих.The rounded shape of the profiles 7 prevents the formation of ash and fuel deposits on them, and the secondary air leaving the openings of these profiles ensures effective after-burning of volatile substances.

Claims

A horizontal fire tube and smoke boiler for burning fine coal with a high content of dust fraction, including together with bio-granules with a low melting point of ash, containing a water pipe surrounded by a front and rear walls, and a smoke pipe system connected to the gas pipe through a gas the path, and in the lower part of the flame tube it is possible to form a fluidized bed of fuel, the lower part of which is laterally bounded by an air distribution grill formed by connected with a blower fan and located opposite each other by two pairs of profiles mounted on top of each other, each of which has openings for supplying air under the fuel layer, which are facing openings of the opposite profile, characterized in that the profiles are installed perpendicular to the longitudinal axis to form a turbulent fluidization mode the boiler, the upper profiles are rounded and connected with a secondary blower fan.