RU2009402C1

RU2009402C1 - Method and device for burning low-reaction powdered fuel

Info

Publication number: RU2009402C1
Authority: RU
Inventors: Г.Ю. Варанкин; В.Л. Носихин; Э.И. Тажиев; В.А. Корнев; О.Г. Зуев; Е.В. Чернышев
Original assignee: Варанкин Геннадий Юрьевич
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1991-03-04
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: thermal power engineering. SUBSTANCE: four-stage fuel is used for burning in a combustion chamber. The duration of the reaction of reducing NO into N is increased and the resulting reducing medium is simultaneously used for reducing the slag melting temperature and improving its fluidity. EFFECT: improved efficiency. 7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к сжиганию твердых топлив (преимущественно в малым содержанием летучих веществ) в топках с жидким шлакоудалением и может быть применено на тепловых электростанциях, в технологических и отопительных котельных для реконструкции действующего и разработки перспективного экологически чистого котельного оборудования. The invention relates to the combustion of solid fuels (mainly in a low volatiles content) in furnaces with liquid slag removal and can be used in thermal power plants, in technological and heating boilers for the reconstruction of existing and development of promising environmentally friendly boiler equipment.

Известен способ сжигания малореакционного пылевидного топлива, заключающийся в том, что топливо пылепотоками высокой концентрации вводят в пылеугольные горелки, перемешивают в них с первичным воздухом и полученную аэросмесь и вторичный воздух вводят в зону горения, расположенную в экранированной камере сгорания топки в ЖШУ и пережимом, расположенным над горелками. Отработанный воздух пылесистем после обеспыливания вводят в топку через сбросные сопла, расположенные над основными горелками, в последних также предусмотрена возможность подачи вспомогательного топлива, например мазута по оси горелок, оборудованных дополнительным каналом по центру для установки мазутной форсунки и подачей к ней дополнительного центрального воздуха [ 1] . A known method of burning a low-reactive pulverized fuel, which consists in the fact that the fuel is pulverized by high concentration dust is injected into the pulverized coal burners, mixed with primary air and the resulting air mixture and secondary air are introduced into the combustion zone located in the shielded combustion chamber of the furnace in the liquid fuel burner and clamp located over the burners. After dedusting, the exhaust air of the dust systems is introduced into the furnace through the discharge nozzles located above the main burners; the latter also provide the possibility of supplying auxiliary fuel, for example fuel oil along the axis of the burners, equipped with an additional channel in the center for installing a fuel oil nozzle and supplying additional central air to it [1 ].

Данный аналог имеет недостаточные надежность работы системы ЖШУ с зашлаковыванием леток для удаления жидкого шлака и экономичность - из-за недожога топлива, а также повышенное (1-2 г/м³) содержание NO_х в дымовых газах вследствие отсутствия их подавления. Преимуществом аналога [1] является применение системы подачи пыли высокой концентрации (ППВК), за счет чего уменьшена металлоемкость системы дозирования и транспорта пыли, снижены расход электроэнергии на собственные нужды и тепловые потери в окружающую среду.This analogue has insufficient reliability of the ZhShU system with slagging of tap holes to remove liquid slag and is economical due to fuel underburning, as well as increased (1-2 g / m ³ ) NO _x content in flue gases due to the absence of suppression. The advantage of the analogue [1] is the use of a high concentration dust supply system (PPVK), due to which the metal consumption of the dust dosing and transport system is reduced, the energy consumption for own needs and heat losses to the environment are reduced.

Известны также способы подготовки твердого топлива к сжиганию путем деления топлива на основной и вспомогательный потоки, сжигания последнего в режиме газификации с последующим дожиганием полученных твердых продуктов с избытком воздуха, подачей образованных при этом дымовых газов независимым потоком в камеру сгорания, нагрева основного потока газообразными продуктами, полученными при сжигании вспомогательного потока, и подачи основного потока в виде пылегазовой смеси в камеру сгорания [ 2 ] . There are also known methods of preparing solid fuel for combustion by dividing the fuel into main and auxiliary streams, burning the latter in gasification mode, followed by afterburning of the obtained solid products with excess air, supplying the flue gases generated by this with an independent stream to the combustion chamber, heating the main stream with gaseous products, obtained by burning the auxiliary stream, and feeding the main stream in the form of a dust-gas mixture into the combustion chamber [2].

Недостатками аналога [2] является ограниченная возможность его применения для малореактивных топлив с низким выходом летучих веществ из-за малой интенсивности и производительности процесса газификации этих топлив, неустойчивости горения топлива при относительно низкой температуре в кипящем слое и шлакования в случае ее повышения. Устройству присущи сложность предложенной конструкции, повышенные габариты и металлоемкость и низкая надежность с сопутствующим ростом эксплуатационных затрат на расшлаковку и ремонты с недовыработкой энергии, а также повышенный недожог топлива в отдимой золе. Вследствие указанных недостатков данный способ неэффективен и для снижения NO_х при сжигании малореакционного твердого топлива.The disadvantages of the analogue [2] is the limited possibility of its use for low-reactive fuels with a low yield of volatile substances due to the low intensity and productivity of the gasification process of these fuels, the instability of fuel combustion at a relatively low temperature in the fluidized bed and slagging if it increases. The device is characterized by the complexity of the proposed design, increased dimensions and metal consumption and low reliability with a concomitant increase in operating costs for raslakovka and repairs with underproduction of energy, as well as increased underburning of fuel in the disposable ash. Due to these drawbacks, this method is also ineffective for reducing NO _x when burning a low-reactive solid fuel.

Известен также способ подготовки твердого топлива к сжиганию и устройство для его осуществления, [3] . Способом предусмотрен ввод угольной пыли струей концентрированной аэросмеси в цилиндрическую камеру термообрабтки с образованием вокруг струи аэросмеси угольной пыли вихревого движения горящего высокореакционного топлива (мазута) с выделением летучих легковоспламеняемых веществ в результате нагрева угольной пыли. Эти вещества при выходе в камеру сгорания с прогретой массой пыли переме- шиваются со вторичным воздухом и сгорания выделяют тепло, необходимое для стабильного сжигания угля в топке котла. There is also a method of preparing solid fuel for combustion and a device for its implementation, [3]. The method provides for the introduction of coal dust by a stream of concentrated air mixture into a cylindrical heat treatment chamber with the formation of a vortex motion of burning highly reactive fuel (fuel oil) around a stream of coal dust mixture with the release of volatile flammable substances as a result of heating of coal dust. When these substances enter the combustion chamber with a heated mass of dust, they are mixed with secondary air and the combustion produces heat necessary for stable combustion of coal in the boiler furnace.

Аналогу [3] присущи низкая надежность вследствие перегрева неохлаждаемых стенок камеры термообработки мазутным факелом (до 2000^оС), оплавление отдельных частиц пыли при непосредственном контакте с высокотемпературным мазутным факелом и их налипание на стенки устройства и амбразуру с их зашлаковыванием, а также интенсивное образование NO_хпри высокотемпературном сжигании вспомогательного топлива с α > 1. Недостаток выходящих летучих веществ у малореактивного топлива не обеспечивает восстановление большого количества образованных NO_х и снижает положительный эффект данного изобретения в части повышения стабильности сжигания угля в топке котла и его экономичности.Comparison [3], characterized by low reliability due to the uncooled wall superheat chamber heat treatment of a fuel oil flame (2000 ° ^C), melting of the individual dust particles in direct contact with the high temperature fuel oil flame and their sticking to the walls of the device and the recess with their slagging and intensive formation of NO _x for high-temperature combustion of auxiliary fuel with α> 1. The lack of exhausted volatile substances in low-reactive fuels does not ensure the recovery of a large amount of formed NO _x and reduces the positive effect of this invention in terms of increasing the stability of coal combustion in the boiler furnace and its efficiency.

Известен способ сжигания пылевидного топлива путем подачи в зону горения аэросмеси, вторичного воздуха и неохлажденных продуктов сгорания вспомогательного топлива, которые вводят в аэросмесь в виде центрального потока до подачи в нее вторичного воздуха [ 4 ] . A known method of burning pulverized fuel by feeding into the combustion zone aerosol, secondary air and uncooled combustion products of auxiliary fuel, which is introduced into the aerosol in the form of a central stream before the secondary air [4].

Данным способом реализуется более эффективное использование вспомогательного топлива для раннего зажигания основного топлива и повышения устойчивости его воспламенения за счет подвода в корень факела не успевших полностью сгореть высокореактивных промежуточных продуктов (радикалов) вспомогательного топлива в неохлажденных продуктах его сгорания, образованных при одностадийном предварительном сжигании в стехиометрическом или стехиометрическом соотношении этого топлива с подведенным первичным воздухом (т. е. α >1), в предвключенной к горелке дополнительной камере сгорания. This method implements a more efficient use of auxiliary fuel for early ignition of the main fuel and to increase the stability of its ignition due to the addition of highly reactive intermediate products (radicals) of auxiliary fuel in uncooled products of its combustion formed during single-stage preliminary combustion in stoichiometric or not burning completely to the torch root the stoichiometric ratio of this fuel to the supplied primary air (i.e., α> 1), in the upstream to the burner an additional combustion chamber.

Аналогу [4] свойственны недостаточные надежность и экономичность работы устройств, в которых он реализован, а также повышенное образование NO_х и низкая эффективность восстановления оксида азота (NO) в молекулярный азот (N₂), приводящих к высокому содержанию NO_х в дымовых газах за зоной горения топлива. Указанные недостатки вызваны ограниченной возможностью применения способа совместно с системой ППВК, имеющей ряд преимуществ, как было отмечено в описании аналога [1] , низкой эффективностью предварительного прогрева аэросмеси и газификации топлива с недостаточным выходом летучих веществ, из-за больших объемов транспортирующего воздуха аэросмеси, шлакования элементов устройства для реализации способа, вследствие оплавления отдельных частиц пыли при контакте с высокотемпературными (до 2000 К) неохлажденными продуктами сгорания вспомогательного топлива и налипания этих частиц на внутренние стенки горелок, их амбразуры и т. д. , а тажке одностадийностью процесса сжигания вспомогательного топлива при высоком пирометрическом уровне с образованием "термических" NO_х. Ограниченное количество образуемых промежуточных продуктов сгорания (радикалов) вспомогательного топлива, при малом (10-100 мс) времени их существования, снижает эффективность восстановления NO в N₂ в зоне горения.The analogue [4] is characterized by insufficient reliability and economical operation of the devices in which it is implemented, as well as increased formation of NO _x and low efficiency of reduction of nitric oxide (NO) to molecular nitrogen (N ₂ ), leading to a high content of NO _x in flue gases fuel combustion zone. These disadvantages are caused by the limited possibility of using the method together with the PPVK system, which has a number of advantages, as was noted in the description of the analogue [1], low efficiency of the preliminary heating of the mixture and gasification of fuel with insufficient yield of volatile substances, due to the large volumes of transporting air of the mixture, slagging elements of a device for implementing the method, due to the fusion of individual dust particles in contact with high-temperature (up to 2000 K) uncooled auxiliary combustion products fuel and sticking of these particles to the inner walls of the burners, their embrasures, etc., as well as the one-stage process of burning auxiliary fuel at a high pyrometric level with the formation of "thermal" NO _x . A limited amount of intermediate products of combustion (radicals) of auxiliary fuel formed, with a short (10-100 ms) time of their existence, reduces the efficiency of NO reduction in N ₂ in the combustion zone.

Одним из наиболее малозатратных способов, позволяющих снизить недожог при сжигании малореакционного топлива является ввод высокореакционного вспомогательного топлива в остаточной сбросной воздух, содержащийся в "обеспыленном" потоке аэровзвеси после транспорта пыли [5] ( с. 88-89) . Способ реализуется путем установки дополнительных сбросных горелок, наклоненных вниз под углом 35^о к горизонту и на 3 м выше верхнего яруса основных пылеугольных горелок. Положительный эффект - в повышении КПД котла на 1% , достигается при увеличении доли сжигаемого мазута (по теплу) с 10 до 25% .One of the most low-cost ways to reduce underburning when burning low-reactive fuel is to introduce highly-reactive auxiliary fuel into the residual waste air contained in the “dust-free” air suspension stream after dust transport [5] (p. 88-89). The method is implemented by installing additional waste burners, inclined downward at an angle of 35 ^about to the horizon and 3 m above the upper tier of the main pulverized coal burners. A positive effect - in increasing the boiler efficiency by 1%, is achieved by increasing the proportion of fuel oil burned (by heat) from 10 to 25%.

Недостатками данного аналога являются: пониженная надежность работы системы ЖШУ, т. к. при "верхнем" сжигании вспомогательного топлива не устраняется шлакование леток, недостаточная экономичность вследствие большого расхода высокореакционного вспомогательного топлива и повышенное образование NO_х за счет сжигания вспомогательного топлива с повышенным избытком воздуха и отсутствия восстановления NO в N₂ в камере сгорания.The disadvantages of this analogue are: reduced reliability of the ZhShU system, since slagging of the let’s is not eliminated with the “upper” auxiliary fuel burning, insufficient economy due to the high consumption of highly reactive auxiliary fuel and increased NO _x formation due to the burning of auxiliary fuel with an increased excess of air and lack of reduction of NO in N ₂ in the combustion chamber.

В качестве прототипа предлагаемого объекта изобретения принят наиболее перспективный метод трехступенчатого сжигания [6] ( с. 83-84) - прототип. В соответствии с данным способом объем топочной камеры делят по высоте на зону горения основного топлива, поступающего через основные пылеугольные горелки, зону вторичного горения и восстановления оксидов азота и зону третичного горения - дожигания твердых и газообразных продуктов неполного горения, поступающих в нее из 2-ой зоны. В топку выше основных горелок вводят топливовоздушную смесь с недостатком воздуха. Образованными продуктами неполного сгорания, при взаимодействии с оксидом азота, поступающим из факела основных горелок, обеспечивают восстановление NO до молекулярного азота N₂. Выше вспомогательных горелок 2-й зоны располагают сопла острого воздушного дутья для дожигания продуктов неполного сгорания.As a prototype of the proposed object of the invention adopted the most promising method of three-stage combustion [6] (p. 83-84) - prototype. In accordance with this method, the volume of the combustion chamber is divided by height into the combustion zone of the main fuel entering through the main pulverized coal burners, the secondary combustion and reduction zone of nitrogen oxides and the tertiary combustion zone - afterburning of solid and gaseous products of incomplete combustion entering it from the 2nd zones. An air-fuel mixture with a lack of air is introduced into the furnace above the main burners. The resulting products of incomplete combustion, when interacting with nitric oxide coming from the torch of the main burners, provide the reduction of NO to molecular nitrogen N ₂ . Above the auxiliary burners of the 2nd zone, there are nozzles of sharp air blasting for afterburning products of incomplete combustion.

Преимуществом данного способа является то, что он не требует снижения образования NO_х в факеле, а восстанавливает уже образовавшиеся оксиды азота до N₂.The advantage of this method is that it does not require a decrease in the formation of NO _x in the flare, but restores the already formed nitrogen oxides to N ₂ .

По данным исследований способ позволяет без ухудшения экономичности или создания каких-либо эксплуатационных трудностей снизить концентрацию оксидов азота в дымовых газах в 2-5 раз. Однако, как было отмечено выше, при сжигании малореакционного топлива с ЖШУ такого уровня снижения NO_х может оказаться недостаточно. Кроме того, прототип не обеспечивает повышение надежности ЖШУ и эффективного дожигания в верхней зоне третичного горения при рядном расположении воздушных сопл острого (третичного) дутья из-за плохого перемешивания воздуха с продуктами неполного сгорания и малого времени пребывания последних в камере сгорания при движении прямотоком, что приводит к повышенному недожогу в уносе и снижению экономичности. Вследствие ограниченного времени для протекания реакций восстановления в зоне вторичного горения и восстановления NO в N₂ повышение эффективности восстановления NO в N₂ не может быть достигнуто одним лишь количественным увеличением газов-восстановителей (СО, Н₂ и СН₄), образуемых в этой зоне. К тому же это потребовало бы дополнительных затрат на увеличение доли (по теплу) сжигаемого высокоценного, вспомогательного топлива и вытеснения твердого топлива с существенным отклонением топочного режима от расчетного (с понижением температурного уровня в зоне горения основного топлива и сопутствующим снижением надежности работы системы ЖШУ).According to research, the method allows to reduce the concentration of nitrogen oxides in flue gases by 2-5 times without sacrificing efficiency or creating any operational difficulties. However, as noted above, when burning low-reaction fuel with liquid fuel, such a level of NO _x reduction may not be enough. In addition, the prototype does not provide increased reliability of the liquid ash and ash and efficient afterburning in the upper zone of the tertiary combustion with the in-line arrangement of air nozzles of sharp (tertiary) blasting due to poor mixing of air with products of incomplete combustion and a short residence time of the latter in the combustion chamber during forward flow, which leads to increased underburning in entrainment and reduced efficiency. Due to the limited time for the reduction reactions to occur in the secondary combustion zone and the reduction of NO to N _{2, an} increase in the efficiency of the reduction of NO to N ₂ cannot be achieved by a quantitative increase in reducing gases (CO, H _2, and CH ₄ ) formed in this zone. In addition, this would require additional costs to increase the share (in heat) of high-value auxiliary fuel burned and to displace solid fuel with a significant deviation of the furnace mode from the calculated one (with a decrease in the temperature level in the main fuel combustion zone and a concomitant decrease in the reliability of the ZhShU system).

Целью изобретения является снижение выбросов NO_х в дымовых газах, повышение надежности и экономичности при сжигании малореакционного пылевидного топлива в топках с жидким шлакоудалением.The aim of the invention is to reduce NO _x emissions in flue gases, increasing reliability and efficiency when burning low-reactive pulverized fuel in furnaces with liquid slag removal.

Указанная цель достигается за счет устранения выявленных недостатков прототипа [ 6 ] путем более полного восстановления оксида азота в молекулярный азот при многоступенчатом сжигании основного и вспомогательного топлив в камере сгорания с одновременным использованием выделяемого тепла при частичном сжигании последнего для снижения шлакования леток системы ЖШУ, а также снижением тепловых потерь от недожога в провале и уносе, тепловых потерь с теплом уходящих газов и отводимого жидкого шлака и энергозатрат на тягу и дутье. This goal is achieved by eliminating the identified shortcomings of the prototype [6] by means of a more complete reduction of nitric oxide into molecular nitrogen during multistage combustion of the main and auxiliary fuels in the combustion chamber with the simultaneous use of the generated heat during partial burning of the latter to reduce slag slurry of the water cooling system, as well as by reducing heat losses due to underburning in failure and entrainment, heat losses due to heat from exhaust gases and liquid slag discharged, and energy consumption for draft and blast.

Известными признаками, использованными в предлагаемом объекте являются: осуществление сжигания малореакционного пылевидного топлива совместно со вспомогательным (высокореакционным) топливом, в вертикальной и экранированной камере сгорания, обрамленной двумя боковыми стенками, фронтовой и задней стенками со скосами на них, которыми образован пережим, под которым на этих стенках горизонтально установлены основные вихревые пылеугольные горелки, а над ним - вспомогательные сбросные горелки, и снабженной воздушными соплами дополнительного воздуха, установленными над вспомогательными горелками, и имеющей в нижней части поддон с летками для удаления жидкого шлака и зажигательный пояс под пережимом, с образованием соответствующих зон горения топлив, последовательно расположенных по высоте снизу-вверх, путем ввода аэросмеси и вторичного воздуха в зону горения основного топлива (образованную основными горелками), а вспомо- гательного топлива и сбросного обеспыленного воздуха отработанного сушильного агента пылесистемы - в зону вторичного горения (образованную вспомогательными горелками) с неполным сгоранием подведенного вспомогательного топлива в этой зоне и восстановлением в образованной восстановительной среде оксидов азота, поступающих в нее из низлежащей зоны горения основного топлива, в молекулярный азот и последующего полного дожигания продуктов неполного сгорания из низлежащих зон в зоне третичного горения, подачей дополнительного воздуха в эту зону (воздушными соплами), при оптимальном коэффициенте избытка воздуха на выходе из камеры сгорания и количества подведенного вспомогательного топлива, соответствующем заданной величине тепловых потерь от мехнедожога твердого топлива. Known features used in the proposed facility are: the implementation of the combustion of low-reactive pulverized fuel together with auxiliary (highly reactive) fuel, in a vertical and shielded combustion chamber, framed by two side walls, front and rear walls with bevels on them, which constitute a clamp, under which these walls are horizontally mounted main vortex dust-coal burners, and above it - auxiliary waste burners, and additionally equipped with air nozzles air, installed above the auxiliary burners, and having in the lower part a tray with slots for removing liquid slag and an incendiary belt under pinch, with the formation of the corresponding fuel combustion zones, successively arranged in height from the bottom up, by introducing air mixtures and secondary air into the combustion zone main fuel (formed by the main burners), and auxiliary fuel and off-dust dedusted air from the spent drying agent of the dust system - into the secondary combustion zone (formed by auxiliary gas burners) with incomplete combustion of the supplied auxiliary fuel in this zone and reduction in the formed reducing medium of nitrogen oxides coming into it from the underlying combustion zone of the main fuel, into molecular nitrogen and subsequent complete afterburning of products of incomplete combustion from the lower zones in the tertiary combustion zone, by feeding additional air into this zone (by air nozzles), with the optimal coefficient of excess air at the outlet of the combustion chamber and the amount of auxiliary supply fuel corresponding to a predetermined amount of heat loss from mechanical burning of solid fuel.

Существенными отличиями способа сжигания, обеспечивающими достижение поставленной цели изобретения является:
- дополнительный ввод части сжигаемого вспомогательного топлива под зону горения основного топлива в соотношении с дополнительным воздухом ниже стехиометрического значения;
- ввод оставшейся (второй) части вспомогательного топлива встречно в продукты сгорания основного топлива при выходе их из зоны горения без предварительного перемешивания со сбросным воздухом и путем равномерного распределения восстановительной среды в узком сечении пережима;
- ввод сбросного воздуха в образованную смесь продуктов сгорания основного и второй части вспомогательного топлива;
- тангенциальная подача дополнительного воздуха в зону третичного горения с образованием вертикального вихревого потока дожигания продуктов неполного сгорания;
- оптимизация процесса сжигания по минимальному содержанию NO_хв дымовых газах одновременно с обеспечением надежного удаления жидкого шлака, путем установки оптимального соотношения частей вспомогательного топлива, введенных под зону основного горения и в зону вторичного горения и восстановления NO в N₂;
- дополнительный ввод, от постороннего источника, газа-восстановителя (например, СО) в зону горения основного топлива по периферии образованных в ней факелов в случае, если достигнутый минимум концентрации NO_х в дымовых газах превышает нормативное значение на ПДВ, в количестве, обеспечивающем достижение последнего.Significant differences in the combustion method, ensuring the achievement of the goal of the invention is:
- additional input of part of the burned auxiliary fuel under the combustion zone of the main fuel in relation to additional air below the stoichiometric value;
- introducing the remaining (second) part of the auxiliary fuel into the combustion products of the main fuel when they exit the combustion zone without preliminary mixing with the exhaust air and by uniform distribution of the reducing medium in a narrow section of the pinch;
- the introduction of waste air into the formed mixture of combustion products of the main and second parts of the auxiliary fuel;
- tangential supply of additional air to the tertiary combustion zone with the formation of a vertical vortex flow of afterburning of products of incomplete combustion;
- optimization of the combustion process for the minimum content of NO _x in flue gases while ensuring reliable removal of liquid slag by setting the optimum ratio of the parts of auxiliary fuel introduced under the primary combustion zone and in the secondary combustion zone and NO reduction in N ₂ ;
- additional input, from an external source, of a reducing gas (for example, СО) into the combustion zone of the main fuel at the periphery of the flames formed in it, if the achieved minimum concentration of NO _x in flue gases exceeds the standard value by MPE, in an amount that ensures achievement last one.

Существенными отличиями предлагаемого устройства для осуществления заявляемого способа и достижения поставленной цели изобретения является то, что:
- между основными вихревыми горелками, в ярусе, расположенном под нижних их ярусом, установлены дополнительные горелки вспомогательного топлива, наклоненные к поду камеры - под углом к горизонту, и ориентированные по осям, условные продолжения которых направлены в центры леток;
- вспомогательные сбросные горелки выполнены щелевыми (прямоточными) и установлены большими сторонами горизонтально, причем встроенные в них сопла вспомогательного топлива направлены параллельно верхних скосам стенок, образующих пережим, и установлены в рассечку по отношению друг к другу в горелках на фронтовой и задней стенах камеры, а каналы сбросного воздуха направлены под углом к скосам;
- между соплами и дополнительными горелками вспомогательного топлива установлен дополнительно раздающий трубопровод (перемычка), снабженный запорно-регу- лирующим органом соотношения расходов вспомогательного топлива, расположенным на участке подключения этой перемычки к трубопроводу вспомогательного топлива;
- воздушные сопла дополнительного воздуха зоны третичного горения выполнены в виде вертикально установленных щелей, ориентированных тангенциально поверхности условного вертикального цилиндра, расположенного в верхней части камеры сгорания;
- в выходных срезах основных вихревых горелок по их наружным образующим установлены дополнительные сопла, подключенные к постороннему источнику горючего газа-восстановителя NO в N₂.Significant differences of the proposed device for implementing the inventive method and achieve the objectives of the invention is that:
- between the main vortex burners, in the tier, located below their lower tier, additional auxiliary fuel burners are installed, inclined to the bottom of the chamber at an angle to the horizontal, and oriented along the axes, the conditional extensions of which are directed to the centers of the slots;
- auxiliary relief burners are slotted (straight-through) and are installed horizontally with large sides, and the auxiliary fuel nozzles built into them are directed parallel to the upper bevels of the walls forming the pinch and are installed in incision with respect to each other in the burners on the front and rear walls of the chamber, and exhaust air channels are directed at an angle to the bevels;
- between the nozzles and additional auxiliary fuel burners, an additional distribution pipe (jumper) is installed, equipped with a shut-off and regulating body for the ratio of auxiliary fuel consumption, located on the connection section of this jumper to the auxiliary fuel pipeline;
- air nozzles of additional air of the tertiary combustion zone are made in the form of vertically mounted slots oriented tangentially to the surface of a conventional vertical cylinder located in the upper part of the combustion chamber;
- in the output sections of the main vortex burners along their outer generators installed additional nozzles connected to an external source of combustible reducing gas NO in N ₂ .

На фиг. 1 приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа - продольный разрез; на фиг. 2 и 3 поперечные разрезы А-А и Б-Б, на фиг. 1; на фиг. 4,5 и 6 разрезы В-В, Г-Г и Д-Д, соответственно, обозначенные на фиг. 1. In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing the proposed method is a longitudinal section; in FIG. 2 and 3 transverse sections aa and bb, in FIG. 1; in FIG. 4,5 and 6 sections BB, GG and DD, respectively, indicated in FIG. 1.

Устройство для сжигания малореакционного пылевидного топлива содержит вертикальную и экранированную камеру 1 сгорания котла, обрамленную двумя боковыми стенками 2, фронтовой и задней стенками 3 и 4 соответственно, и подом 5 с летками 6 системы ЖШУ. Камера 1 имеет сужение сечения - пережим 7, образованный скосами 8 на стенках 3, 4 в области пережима 7 и зажигательный пояс (на чертежах не показан) под пережимом 7 и снабжена последовательно расположенными снизу вверх на фронтовой 3 и задней 4 стенках: дополнительными прямоточными горелками 9 вспомогательного топлива, основными пылеугольными вихревыми горелками 10 и вспомогательными (сбросными) горелками 11, включающими сопла 12, вспомогательного топлива, установленные в горизонтальных, щелевых (прямоточных) каналах 13 сбросного воздуха. Над горелками 11, по углам камеры 1 и тангенциально к поверхности условного цилиндра 14 установлены воздушные сопла 15, выполненные в виде вертикальных (прямоточных) щелей, к которым подключены патрубки 16 ввода горячего воздуха (см. фиг. 4). К основным горелкам 10 подключены пылепроводы 17 концентрированной аэросмеси малореакционнгого пылевидного (основного) топлива, патрубки 18 и 19 первичного и вторичного воздуха, и патрубки 20 горючего газа-восстановителя NO в N₂ (например, СО), подключенные к дополнительным соплам 21, установленным у выходных срезов 22 основных горелок 10 по их наружным образующим. Патрубки 20 соединены трубопроводами с посторонним источником газа-восстановителя (например, газогенератором или газгольдером) - не показаны. К дополнительным горелкам 9 патрубками 23 и 24 подведены, соответственно, вспомогательное топливо и горячий воздух. К каналам 13 горелок 11 подсоединены патрубки 25 сбросного обеспыленного воздуха отработанного сушильного агента пылесистем, а к соплам 12 - патрубки 26 вспомогательного топлива. Патрубки 23 и 26 вспомогательного топлива сопл 12 и горелок 9, на стенах 3 и 4 камеры, соединены перемычкой 27, снабженной запорно-регулирующим органом 29 соотношения расхода вспомогательного топлива, установленным на участке подключения перемычки 27 к трубопроводу 29 вспомогательного топлива.A device for burning a slightly reactive pulverized fuel contains a vertical and shielded combustion chamber 1 of the boiler, framed by two side walls 2, front and rear walls 3 and 4, respectively, and hearth 5 with slots 6 of the ZhShU system. The chamber 1 has a narrowing of the cross section - pinch 7, formed by bevels 8 on the walls 3, 4 in the region of pinch 7 and an incendiary belt (not shown in the drawings) under pinch 7 and is equipped with sequentially arranged bottom up on front 3 and rear 4 walls: additional direct-flow burners 9 auxiliary fuel, the main pulverized coal vortex burners 10 and auxiliary (waste) burners 11, including nozzles 12, auxiliary fuel installed in horizontal, slotted (direct-flow) channels 13 of the exhaust air. Above the burners 11, at the corners of the chamber 1 and tangentially to the surface of the conditional cylinder 14, air nozzles 15 are installed, made in the form of vertical (direct-flow) slots, to which the nozzles 16 for introducing hot air are connected (see Fig. 4). The dust burners 17 of the concentrated aerosol of low-reactivity pulverized (main) fuel, nozzles 18 and 19 of primary and secondary air, and nozzles 20 of combustible reducing gas NO in N ₂ (for example, СО) connected to additional nozzles 21 installed at the main burners 10 are connected output sections 22 of the main burners 10 along their outer generators. The nozzles 20 are connected by pipelines to an external source of a reducing gas (for example, a gas generator or gas holder) - not shown. Additional burners 9 pipes 23 and 24 summed, respectively, auxiliary fuel and hot air. The ducts 13 of the burners 11 are connected to the nozzles 25 of the dust-free exhaust air of the spent drying agent of the dust systems, and to the nozzles 12 are the nozzles 26 of the auxiliary fuel. The auxiliary fuel nozzles 23 and 26 of the nozzles 12 and burners 9, on the walls 3 and 4 of the chamber, are connected by a jumper 27, equipped with a shut-off-regulating body 29 of the ratio of auxiliary fuel consumption, installed on the connection section of the jumper 27 to the auxiliary fuel pipe 29.

Дополнительыне горелки 9 вспомогательного топлива расположены в ярусе, лежащем под нижним ярусом основных горелок 10 (на чертежах показана одноярусная компоновка горелок 10, но может быть применима и многоярусная) и между ними, а кроме того, наклонены к поду 5 камеры 1 - под углом к горизонту и ориентированы по осям, условные продолжения которых направлены в центры леток 6 (см. также фиг. 6). Основные горелки 10 установлены горизонтально, а направления их круток (при виде из камеры 1 сгорания) обозначены стрелками под горелками на фиг. 2 и 3. Сопла 12 горелок 11 размещены в рассечку (перчаточно) на противоположных стенках 3 и 4 камеры 1 (см. фиг. 2, 3 и 5) и направлены по осям, условные продолжения которых параллельны верхним скосам 8, образующим пережим 7, и пересекаются между собой и с вертикальной осью камеры 1 в центре пережима 7 (при виде в продольном вертикальном разрезе на фиг. 1). В плане их оси параллельны боковым стенкам 2 (см. фиг. 5). При этом каналы 13 сбросного воздуха горелок 11 направлены под углом к скосам 8 (и следовательно, под меньшим углом к горизонту, чем сопла 12) и условные продолжения осей каналов 13 пересекаются между собой и с вертикальной осью камеры 1 (на фиг. 1), в точке, лежащей выше точки пересечения осей сопл 12. The auxiliary fuel burners 9 are located in a tier lying below the lower tier of the main burners 10 (the drawings show a single-tier arrangement of burners 10, but multi-tier may be applicable) and between them, and in addition, they are inclined to the hearth 5 of chamber 1 - at an angle to horizon and oriented along the axes, the conditional continuations of which are directed to the centers of the notches 6 (see also Fig. 6). The main burners 10 are installed horizontally, and the directions of their twists (when viewed from the combustion chamber 1) are indicated by arrows under the burners in FIG. 2 and 3. The nozzles 12 of the burners 11 are placed in a cut (glove) on the opposite walls 3 and 4 of the chamber 1 (see Figs. 2, 3 and 5) and are directed along the axes, the conditional extensions of which are parallel to the upper bevels 8, forming pinch 7, and intersect with each other and with the vertical axis of the camera 1 in the center of pinch 7 (when viewed in a longitudinal vertical section in Fig. 1). In terms of their axis parallel to the side walls 2 (see Fig. 5). While the channels 13 of the exhaust air of the burners 11 are directed at an angle to the bevels 8 (and therefore, at a smaller angle to the horizontal than the nozzle 12) and the conditional extensions of the axes of the channels 13 intersect with each other and with the vertical axis of the chamber 1 (in Fig. 1), at a point lying above the point of intersection of the axes of the nozzles 12.

Способ сжигания малореакционного пылевидного топлива осуществляется в приведенном устройстве следующим образом. The method of burning low-reactivity pulverized fuel is carried out in the above device as follows.

Угольную пыль транспортирующим воздухом, при высокой концентрации пыли, из системы пылеприготовления котла по пылепроводам 17 подают в горелки 10, а по патрубкам 18 и 19 подводят горячий воздух. Распыленная и перемешанная с первичным воздухом аэросмесь и вторичный воздух поступают закрученными потоками из вихревых горелок 10 в зону горения основного топлива камеры 1, образованную ими, аэросмесь воспламеняется и сгорает, по мере смешения с вторичным воздухом при избытке воздуха в горелках 10 α_о.г.= 1,0-1,05. При высоком пирометрическом уровне в зоне горения основного топлива, созданном для устойчивого воспламенения пыли и обеспечения жидкого шлакоудаления свободный азот, содержащийся в подведенном воздухе, и связанный азот топлива, выходящий в процессе высокотемпературного нагрева и горения пыли, окисляются кислородом подведенного воздуха и образуют вредные оксиды азота (NO_х), состоящие в основном (на 97-99% ) из оксида азота (NO). Одновременно, вспомогательное высокореакционное топливо, например, природный газ, подведенный к котлу трубопроводами 29, разделяют на части в запорно-регулирующих органах 28 соотношения и по перемычке 27, а затем через патрубки 23 и 26 подают, соответственно, в дополнительные (нижние) горелки 9 с добавочным горячим воздухом, подведенным по патрубкам 24 и в соотношении ниже стехиометрического (т. е. при α_д.г. < 1) и - к соплам 12, горелок 11, в каналы которых патрубками 25 подают сбросной воздух - отработанный (охлажденный) и обеспыленный сушильный агент из системы пылеприготовления котла, количество которого составляет при полной нагрузке котла (работающего на антраците) 15-20% теоретически необходимого воздуха для горения основного топлива. При этом под зоной горения основного топлива, часть подведенного горелками 9 природного газа сгорает, а другая, - при недостатке окислителя, образует продукты неполного сгорания (СО и Н₂) с частичным остатком СН₄, не вступившим в реакцию окисления.Coal dust transporting air, with a high concentration of dust, from the boiler dust preparation system through the dust pipes 17 is fed into the burners 10, and hot air is supplied through the nozzles 18 and 19. Sprayed and mixed with the primary air, the aerosol mixture and the secondary air enter by swirling flows from the vortex burners 10 into the combustion zone of the main fuel of the chamber 1 formed by them, the aerosol mixture ignites and burns out as it mixes with the secondary air with an excess of air in the burners 10 α _g.g. = 1.0-1.05. At a high pyrometric level in the combustion zone of the main fuel, created to sustainably ignite the dust and provide liquid slag removal, the free nitrogen contained in the supplied air and the associated nitrogen of the fuel released during the high-temperature heating and combustion of dust are oxidized by the oxygen of the supplied air and form harmful nitrogen oxides (NO _x ), consisting mainly (97-99%) of nitric oxide (NO). At the same time, auxiliary high-reaction fuel, for example, natural gas, supplied to the boiler by pipelines 29, is divided into parts in the shut-off-regulating organs 28 and the jumper 27, and then through the pipes 23 and 26 are fed, respectively, to the additional (lower) burners 9 with additional hot air supplied through the nozzles 24 and in a ratio below the stoichiometric (i.e., with α _dg <1) and to the nozzles 12, burners 11, into the channels of which the nozzles 25 supply exhaust air - exhausted (cooled) and dedusted drying agent and boiler system pulverization, the amount of which is at full load of the boiler (running on anthracite) 15-20% of the theoretically required combustion air for the main fuel. Moreover, under the combustion zone of the main fuel, part of the natural gas supplied by the burners 9 burns out, and the other, due to the lack of an oxidizing agent, forms incomplete combustion products (СО and Н ₂ ) with a partial CH ₄ residue that has not entered into the oxidation reaction.

Уравнения реакций имеют вид
СН₄+2О₂ ->СО₂+2Н₂О+q₁ (1)
СН₄+1/2О₂ ->СО+2Н₂+q₂ (2) где q₁ и q₂ - тепло, выделяемое при реакции полного (1) и неполного (2) сгорания газа. Выделенным теплом q₁ и q₂ ускоряют и стабилизируют воспламенение и выгорание малореакционного топлива в зоне основного горения, снижают недожог топлива в провале (содержание горючих в шлаке), уже этим обеспечивают одновременно повышение текучести шлака и надежности жидкого шлакоудаления. Сверхсуммарным эффектом является одновременное использование восстановительной среды (СО и Н₂) для снижения как оксидов азота в зоне горения основного топлива, путем их восстановления в N₂, так и улучшения температурных (плавкостных) характеристик шлака в восстановительной среде продуктов неполного сгорания вспомогательного топлива (см. , например, [ 6] , с. 63). Благодаря повышению текучести шлака, при более низкой температуре отводимого шлака, могут быть дополнительно снижены тепловые потери с отводимым шлаком. Наибольшую эффективность данных процессов обеспечивают направлением горелок 9 в центры леток 6 и установкой горелок 9 под нижним ярусом горелок 10 и между ними с использованием результирующего поля скоростей при взаимодействии вихревых потоков горелок 10 со сложением (вычитанием) тангенциальных составляющих скоростей потоков.The reaction equations have the form
CH ₄ + 2O ₂ -> СО ₂ + 2Н ₂ О + q ₁ (1)
CH ₄ + 1 / 2O ₂ -> СО + 2Н ₂ + q ₂ (2) where q ₁ and q ₂ are the heat released during the reaction of complete (1) and incomplete (2) gas combustion. The emitted heat q ₁ and q ₂ accelerate and stabilize the ignition and burnout of low-reaction fuel in the main combustion zone, reduce the under-burn of the fuel in the hole (combustible content in the slag), and this at the same time increase the fluidity of the slag and the reliability of liquid slag removal. The total effect is the simultaneous use of a reducing medium (СО and Н ₂ ) to reduce both nitrogen oxides in the combustion zone of the main fuel, by their reduction in N ₂ , and to improve the temperature (fusibility) characteristics of slag in the reducing medium of products of incomplete combustion of auxiliary fuel (see ., for example, [6], p. 63). By increasing the flowability of the slag, at a lower temperature of the discharged slag, heat losses with the discharged slag can be further reduced. The greatest efficiency of these processes is ensured by directing the burners 9 to the centers of the letouts 6 and installing the burners 9 under the lower tier of the burners 10 and between them using the resulting velocity field during the interaction of the vortex flows of the burners 10 with addition (subtraction) of the tangential components of the flow velocities.

Подведенные в зону горения основного топлива газы-восстановители (СО, Н₂ и несгоревший СН₄) вступают в реакции восстановления с образованным в этой зоне NO, являющимся также окислителем. Реакции восстановления протекают по уравнениям:
2NO+2СО ->2СО₂+N₂+q₃ (3)
2NO+2Н₂ ->2Н₂О+N₂+q₄ (4)
4NO+СН₄ ->СО₂+2Н₂О+q₅ (5) где q₃, q₄ и q₅ - тепловые эффекты от восстановления NO в N₂газами-восстановителями. Сравнение уравнений (3), (4) и (5) показывает, что наибольшую эффективность восстановления имеет природный газ - метан (СН₄), одна молекула которого восстанавливает 4 молекулы NO с выходом двух молекул N₂. Однако скорость реакции горения (окисления) природного газа с кислородом воздуха (см. уравнение (1) или (2) ) намного выше, чем с NO, в результате этого СН₄ раньше сгорает, вступая в реакцию горения, чем в реакцию восстановления NO. Время протекания реакций по уравнениям (3) и (4) также намного превышает время простого сгорания газов-восстановителей даже при ограниченном содержании кислорода в зоне горения основного топлива. Предел снижения концентрации N_х в процессе их восстановления при подводе восстановительной среды снизу "стехиометрического" факела составляет 30-60% . Вследствие недостаточного времени для протекания реакций восстановления, увеличение количества сжигаемого вспомогательного топлива и степени неполноты его сгорания с увеличением общего количества газов-восстановителей, подводимых в зону стехиометрического горения основного топлива, не позволит снизить содержание NO_x в дымовых газах сверх указанного предела, что недостаточно для достижения норм на ПДВ по NO_х при сжигании малореакционного топлива. Кроме этого, газы-восстановители при их избыточном количестве могут сгорая поглощадь кислород из зоны горения основного топлива и ухудшать условия для его воспламенения и выгорания с ростом недожога. С учетом приведенных соображений в зоне вторичного горения над пережимом 7 созданы оптимальные условия для эффективного подавления N_х оставшихся в продуктах сгорания основного топлива после частичного восстановления NO в N₂ в низлежащей зоне горения основного топлива. А именно: природный газ, подведенный к соплам 12 горелок 11 струями параллельными верхним скосам 8 пережима 7, подают в узкое сечение последнего практически без предварительного перемешивания со сбросным воздухом, каналы 13 которого имеют угол наклона к горизонту, отличный (а конкретно - меньший), чем сопла 12. В результате размещения сопл 12 на противоположных стенках 3 и 4 в рассечку (перчаточно) создают равномерное распределение газа в узком сечении пережима 7 по ширине камеры 1 и предотвращают проскок оксидов азота помимо зоны восстановления.Reducing gases brought into the combustion zone of the main fuel (CO, H ₂ and unburned CH ₄ ) enter into reduction reactions with NO formed in this zone, which is also an oxidizing agent. Reduction reactions proceed according to the equations:
2NO + 2CO -> 2CO ₂ + N ₂ + q ₃ (3)
2NO + 2H ₂ -> 2H ₂ O + N ₂ + q ₄ (4)
4NO + СН ₄ -> СО ₂ + 2Н ₂ О + q ₅ (5) where q ₃ , q ₄ and q ₅ are the thermal effects of the reduction of NO to N _{2 by} reducing gases. A comparison of equations (3), (4) and (5) shows that natural gas, methane (CH ₄ ), has the highest reduction efficiency, one molecule of which reduces 4 NO molecules with the release of two N ₂ molecules. However, the rate of the combustion (oxidation) reaction of natural gas with atmospheric oxygen (see equation (1) or (2)) is much higher than with NO, as a result of which CH ₄ burns earlier, entering into a combustion reaction than in the NO reduction reaction. The reaction time according to equations (3) and (4) is also much longer than the simple combustion of reducing gases, even with a limited oxygen content in the combustion zone of the main fuel. The limit of decreasing the concentration of N _x in the process of their recovery when supplying a reducing medium from below the "stoichiometric" torch is 30-60%. Due to the insufficient time for the reduction reactions to occur, an increase in the amount of auxiliary fuel burned and the degree of incompleteness of its combustion with an increase in the total number of reducing gases supplied to the stoichiometric combustion zone of the main fuel will not allow reducing the NO _x content in flue gases above the specified limit, which is insufficient for achievement of norms on MPE for NO _x when burning low-reactive fuel. In addition, reducing gases, if they are excessive, can burn up oxygen uptake from the combustion zone of the main fuel and worsen the conditions for its ignition and burning out with an increase in underburning. Based on the above considerations, in the secondary combustion zone over pinch 7, optimal conditions have been created for the effective suppression of N _x remaining in the main fuel combustion products after partial reduction of NO in N ₂ in the lower combustion zone of the main fuel. Namely: natural gas, supplied to the nozzles of 12 burners 11 by jets parallel to the upper bevels 8 of pinch 7, is fed into a narrow section of the latter with virtually no preliminary mixing with the exhaust air, the channels 13 of which have an angle of inclination to the horizon that is excellent (and, specifically, smaller), than nozzles 12. As a result of placing nozzles 12 on opposite walls 3 and 4 in a cut (glove), a uniform distribution of gas is created in a narrow section of pinch 7 along the width of chamber 1 and the leakage of nitrogen oxides in addition to the reduction zone is prevented.

Выходящие из зоны горения основного топлива продукты его сгорания имеют наибольшую скорость подъемного движения в узком сечении пережима 7 и содержат, кроме NO_х, определенное количество кислорода и пыли, не вступивших в реакцию горения. При встречном взаимодействии струй газа с продуктами сгорания в узком сечении пережима 7 происходит наиболее интенсивное их перемешивание и восстановление NO по реакциям (3)-(5) (в преобладанием наиболее эффективной реакции (5). При этом одновременно за счет выделяемого тепла при сгорании части газа с остаточным кислородом, а также и при восстановлении NO и N₂, осуществляют высокотемпературный прогрев несгоревшей части пыли в бескислородной среде, т. е. ее газификацию с выходом летучих и связанного азота топлива, и наиболее глубоким восстановлением NO в N₂. Избыточные, не вступившие в реакции восстановления горючие продукты, полученные в процессе газификации и неполного сгорания газа, из-за недостатка окислителя в зоне восстановления над пережимом 7, подводят далее в верхнюю часть этой зоны и перемешивают со струями сбросного воздуха из каналов 13 горелок 11, наклоном и выполнением которых в виде горизонтальных щелей по всей ширине топки оптимизируют перемешивание и исключают проскок продуктов помимо зоны вторичного горения. Даже при относительно низкой температуре сбросного воздуха часть газообразных горючих продуктов сгорает, одновременно интенсифицируя прогрев и воспламенение аэровзвеси, неполностью удаленной из сбросного воздуха в циклонах (на чертежах не показаны). Процесс вторичного догорания не создает дополнительно NO_х вследствие пониженного температурного уровня в зоне вторичного горения с недостатком сбросного воздуха и его забалластированности водяным паром испаренной из топлива влаги в процессе его сушки в пылесистеме котла, но не обеспечивает полного сгорания всего топлива в этой зоне из-за недостатка сбросного воздуха.The products of its combustion leaving the combustion zone of the main fuel have the highest lifting speed in a narrow section of pinch 7 and contain, in addition to NO _x , a certain amount of oxygen and dust that have not entered into the combustion reaction. When gas jets interact with combustion products in a narrow section of pinch 7, they are most intensively mixed and NO is reduced by reactions (3) - (5) (in the predominance of the most effective reaction (5). At the same time, due to the heat released during combustion of part gas with residual oxygen, as well as during the reduction of NO and N ₂ , carry out high-temperature heating of the unburned part of the dust in an oxygen-free environment, i.e., its gasification with the release of volatile and bound fuel nitrogen, and the deepest restored by adding NO to N _2. Excessive, unreacted combustible products obtained in the process of gasification and incomplete combustion of gas, due to the lack of oxidizing agent in the reduction zone over pinch 7, are fed further into the upper part of this zone and mixed with exhaust air jets from the channels 13 of the burners 11, the slope and execution of which in the form of horizontal slots along the entire width of the furnace optimize mixing and exclude the breakthrough of products in addition to the secondary combustion zone. Even at a relatively low temperature of the exhaust air, part of the gaseous combustible products burns out, at the same time intensifying the heating and ignition of the air suspension not completely removed from the exhaust air in cyclones (not shown in the drawings). The secondary combustion process does not additionally create NO _x due to the lowered temperature level in the secondary combustion zone with a lack of exhaust air and its ballasting with water vapor of moisture evaporated from the fuel during its drying in the boiler dust system, but does not ensure complete combustion of all fuel in this zone due to lack of exhaust air.

Для полного дожигания продуктов неполного сгорания, образованных в зоне восстановления NO и вторичного горения, их направляют в зону третичного горения, образованную подводом дополнительного воздуха тангенциальными (горизонтальными) струями в верхнюю часть камеры 1 сгорания через сопла 15, к которым патрубками 16 подводят горячий воздух. Струями этого воздуха, выходящими из сопл 15 в зоне третичного горения, создают вертикальный вихревой поток, условный цилиндр которого осесимметричен вертикальной оси камеры 1 (см. фиг. 1-4). Движение горящих продуктов в вертикальном вихревом потоке осуществляется по винтовой линии, с увеличением времени пребывания в зоне горения и лучшим выгоранием при меньшей высоте камеры 1. Кроме того, этим обеспечивают полный подвод продуктов неполного сгорания из низлежащих зон из объема камеры 1 в образованную вихревым потоком воронку (зону пониженного давления по оси потока). Предложенной схемой сокращается количество необходимых сопл 15 ввода дополнительного воздуха в зону третичного горения и снижаются недожог в уносе, а также металлоемкость конструкции и затраты. Оптимальный коэффициент воздуха на выходе из камеры сгорания устанавливают регулированием подачи воздуха к соплам 15 путем предварительного определения критического избытка воздуха (α $\binom{″}{т}$ _кр) на выходе дымовых газов из камеры 1 по результатам газового анализа, при котором в дымовых газах начинают появляться газообразные продукты химнедожога, затем увеличивают расход воздуха в сопла 15 для достижения коэффициента избытка воздуха на 2-3% , превышающего значение критического α $\binom{″}{т}$ _кр . Оптимальность этого избытка воздуха состоит как в отсутствии продуктов неполноты сгорания в дымовых газах и соответствующих тепловых потерь, так и в снижении энергозатрат на тягу и дутье и тепловых потерь с уходящими газами.For complete afterburning of incomplete combustion products formed in the NO reduction and secondary combustion zone, they are sent to the tertiary combustion zone formed by the supply of additional air by tangential (horizontal) jets to the upper part of the combustion chamber 1 through nozzles 15, to which hot air is supplied by nozzles 16. The jets of this air leaving the nozzles 15 in the tertiary combustion zone create a vertical vortex flow, the conditional cylinder of which is axisymmetric to the vertical axis of the chamber 1 (see Fig. 1-4). The movement of burning products in a vertical vortex flow is carried out along a helical line, with an increase in the residence time in the combustion zone and better burnout at a lower height of chamber 1. In addition, this provides a complete supply of products of incomplete combustion from the lower zones from the volume of chamber 1 to the funnel formed by the vortex flow (zone of reduced pressure along the flow axis). The proposed scheme reduces the number of required nozzles 15 for introducing additional air into the tertiary combustion zone and reduces underburning in ablation, as well as the metal consumption of the structure and costs. The optimal air coefficient at the outlet of the combustion chamber is established by controlling the air supply to the nozzles 15 by preliminary determining the critical excess of air (α $\binom{″}{t}$ _cr ) at the exit of the flue gases from the chamber 1 according to the results of a gas analysis, in which gaseous products of chemical preburning begin to appear in the flue gases, then the air flow rate in the nozzles 15 is increased to achieve an excess air coefficient of 2-3% exceeding the critical α value $\binom{″}{t}$ _cr The optimality of this excess air consists both in the absence of products of incomplete combustion in flue gases and the corresponding heat loss, and in reducing energy consumption for draft and blasting and heat loss with exhaust gases.

Полное количество подведенного вспомогательного топлива трубопроводами 29, сжигаемого в камере 1, устанавливают по условию обеспечения заданного содержания горючих компонентов в золе и шлаке путем их анализа и приемлемых потерь от механической неполноты сгорания. The total amount of auxiliary fuel supplied by pipelines 29, burned in the chamber 1, is set on the condition of ensuring a given content of combustible components in the ash and slag by analyzing them and acceptable losses from mechanical incompleteness of combustion.

Распределние всего количества подведенного вспомогательного топлива между соплами 12 и горелками 9 и соответствующими зонами его неполного сгорания, осуществляемое органами 28, производят по минимальному содержанию NO_х в дымовых газах путем их анализа, например, за камерой 1 сгорания или дымососом (не показан). Восстановление NO и N₂раздельно в зоне горения основного топлива и в зоне вторичного горения и восстановления позволит в целом снизить выбросы оксидов азота в 8-10 раз (при снижении в первой зоне в 1,5-2 раза и во второй - в 4-6 раз), причем данный эффект достигается главным образом за счет увеличения времени для протекания реакций восстановления, а не увеличения расхода высокоценного вспомогательного топлива, что создает преимущества по сравнению с прототипом [ 6 ] . При невозможности достижения содержания NO_х в дымовых газах, соответствующего нормам на ПДВ, например, при поступлении твердого топлива с повышенным содержанием NР, либо ограничении (лимитировании) расхода вспомогательного топлива, в нештатных режимах работы котла и др. , заявляемым способом предусмотрен дополнительный ввод газа-восстановителя (например, СО) от постороннего источника (газгольдера, газогенератора и т. д. ) непосредственно в периферийные области факелов зоны горения основного топлива.The distribution of the total amount of auxiliary fuel supplied between the nozzles 12 and the burners 9 and the corresponding zones of incomplete combustion, carried out by the bodies 28, is carried out according to the minimum content of NO _x in the flue gases by analyzing them, for example, behind the combustion chamber 1 or a smoke exhauster (not shown). The reduction of NO and N ₂ separately in the combustion zone of the main fuel and in the secondary combustion and reduction zone will generally reduce nitrogen oxide emissions by 8–10 times (with a decrease in the first zone by 1.5–2 times and in the second by 4– 6 times), and this effect is achieved mainly by increasing the time for recovery reactions, rather than increasing the consumption of high-value auxiliary fuel, which creates advantages compared to the prototype [6]. If it is not possible to achieve the NO _x content in flue gases that meets the MPE standards, for example, when solid fuel with a high NR content is introduced, or the auxiliary fuel consumption is limited (limited), during emergency operation of the boiler, etc., an additional gas input is provided by the claimed method -reducer (for example, СО) from an extraneous source (gas holder, gas generator, etc.) directly to the peripheral regions of the flames of the main fuel combustion zone.

Подвод горючего газа-восстановителя осуществляют по патрубкам 20 через сопла 21 на выходных срезах 22 горелок 10, из которых прямоточными струями его подводят без перемешивания с воздухом по периферии факелов основного топлива, сформированных горелками 10. В результате поступления восстановительной среды в более "холодные" области факелов обеспечивают приоритетность реагирования газа-восстановителя с образующимися на фронте факела преимущественно "быстрыми" NO_х (по уравнению реакции (3) ), предотвращая этим преждевременное его сгорание в кислороде подведенного воздуха. Измерением состава дымовых газов определяют необходимое количество дополнительного газа-восстановителя, обеспечивая снижение выбросов NO_х в дымовых газах до нормативного значения концентрации NO_х.The supply of combustible reducing gas is carried out through nozzles 20 through nozzles 21 at the outlet slices 22 of the burners 10, of which it is supplied by direct-flow jets without stirring with air along the periphery of the main fuel flames formed by the burners 10. As a result of the recovery medium entering the cooler regions torches provide prioritization of response to reducing gas flame formed at the front preferably "fast" NO _x (in reaction equation (3)), this preventing its premature combustion in ki lorode let down air. By measuring the composition of the flue gases, the required amount of additional reducing gas is determined, providing a reduction in NO _x emissions in flue gases to a standard value for the concentration of NO _x .

По сравнению с прототипом (6) и известными аналогами положительный эффект заявляемых способа и устройства для сжигания малореакционного пылевидного топлива состоит в более многократном снижении выбросов NO_х в дымовых газах, а также в обеспечении нормативных значений выбросов в нештатных режимах работы оборудования, одновременно с повышением надежности жидкого шлакоудаления и экономичности снижением недожога, чем полностью выполняется поставленная цель изобретения и обеспечивается сверхсуммарный эффект.Compared with the prior art (6) and the conventional art the positive effect of the claimed method and apparatus for burning the low reactivity of the pulverized fuel is a multiple reducing NO _x emissions in the flue gases, and in ensuring regulatory emission in abnormal modes of operation equipment, while increasing the reliability liquid slag removal and profitability by reducing the underburning, which fully fulfills the goal of the invention and provides an overwhelming effect.

Экономическая эффективность от реализации заявляемого изобретения создается от непричиненного (предотвращенного) ущерба окружающей среде, повышения КПД и снижения недовыработки энергии на расшлаковку системы ДШУ. Ввиду отсутствия необходимых исходных данных по базовому варианту-прототипу (6) и предлагаемому объекту количественная оценка указанных составляющих экономического эффекта на данном этапе затруднительна. Однако можно отметить, что при одинаковой эффективности снижения выбросов NO_x с методами каталитической очистки, предложенный объект, основанный на совершенствовании технологии сжигания топлива с восстановлением NO_х в N₂, примерно в 3 раза экономичнее по капитальным затратам, а также одновременно позволяет повысить надежность и экономичность работы котельного оборудования.The economic efficiency from the implementation of the claimed invention is created from the causeless (prevented) damage to the environment, increased efficiency and reduced underproduction of energy for the decomposition of the control system. Due to the lack of the necessary initial data on the basic version of the prototype (6) and the proposed facility, a quantitative assessment of these components of the economic effect at this stage is difficult. However, it can be noted that, with the same efficiency in reducing NO _x emissions with catalytic cleaning methods, the proposed facility, based on improving the technology of fuel combustion with NO _x reduction in N ₂ , is about 3 times more economical in terms of capital costs, and at the same time it improves reliability and the efficiency of the boiler equipment.

Реализация предлагаемого объекта возможна как на перспективных экологически чистых котлоагрегатах, так и внедрением на действующем оборудовании путем реконструкции по описанной схеме. Implementation of the proposed facility is possible both on promising environmentally friendly boilers and implementation on existing equipment through reconstruction according to the described scheme.

(56) Перевод котла ТПП-210А, сжигающего кузнецкий тощий уголь, на подачу пыли высокими концентрациями. Муравкин Б. Н. , Зуев О. Г. , Бровкин Б. А. , Чернышев Е. В. Теплоэнергетика. 1990, N 2, с. 25-29. (56) Transfer of the TPP-210A boiler, burning Kuznetsk lean coal, to the supply of dust in high concentrations. Muravkin B.N., Zuev O.G., Brovkin B.A., Chernyshev E.V. Heat power engineering. 1990, N 2, p. 25-29.

Авторское свидетельство СССР N 1224508, кл. F 23 К 1/00, 1986. USSR author's certificate N 1224508, cl. F 23K 1/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР N 11770226, кл. F 23 К 1/00, 1985. USSR copyright certificate N 11770226, cl. F 23 K 1/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР N 1191679, кл. F 23 С 11/00, 1985. USSR author's certificate N 1191679, cl. F 23 C 11/00, 1985.

Белосельский Б. С. , Барышев. Низкосортные энергетические топлива: Особенности подготовки и сжигания. М. : Энергоатомиздат, 1989, с. 136 (Б-ка теплоэнергетика), с. 88-89. Beloselsky B.S., Baryshev. Low-grade energy fuels: Features of preparation and combustion. M.: Energoatomizdat, 1989, p. 136 (heat power engineering), p. 88-89.

Котлер В. Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов. М. : Энергоатомиздат. 1987, - 144 с. : ил. (Б-ка теплоэнергетика), с. 83-84. Kotler V.R. Nitrogen oxides in the flue gases of boilers. M.: Energoatomizdat. 1987, - 144 p. : ill. (B-ka heat power), p. 83-84.

Claims

1. A method of burning a slightly reactive pulverized fuel by introducing aerosol and secondary air into the combustion zone of the main fuel and exhaust air and supplying additional air to the tertiary combustion zone, characterized in that, in order to reduce the emission of NO _x in flue gases, increase reliability and efficiency by more complete reduction of nitric oxide into molecular nitrogen, preventing slagging of slimes to remove liquid slag and reducing burns and other heat losses, some additional fuel injected under the primary fuel combustion in accordance with an additional air below the stoichiometric value, and the remaining portion of the auxiliary fuel is fed into the secondary combustion zone and introduced counter to the combustion products of the main fuel without moving from the exhaust air.

2. The method according to p. 1, characterized in that the additional air is introduced into the tertiary combustion zone by vertical tangential jets.

3. A device for burning a slightly reactive pulverized fuel containing a boiler with a vertical shielded combustion chamber, having in the lower part under with slots for removing liquid slag framed by two side, front and rear walls with bevels on them, forming a pinch, and installed in tiers on the front and on the rear walls, the main pulverized coal and auxiliary relief burners, respectively, lower and higher than the clamping pressure, and air nozzles of additional hot air mounted above the auxiliary burners and, with the main burners connected to the hot air ducts and dust conduits of concentrated dust, and the auxiliary burners to the exhaust air ducts of the exhausted and dedusted drying agent of the boiler dust system and to the auxiliary fuel pipelines connected to the nozzles built into these burners, characterized in that, with to reduce NO _x emissions in the flue gases, to improve reliability and efficiency by a more complete reduction of the nitrogen oxide into molecular nitrogen, and eliminating slagging letok underreporting incomplete burning of solid fuels and other heat loss, on the front and rear walls of the chamber in the tier, located below the bottom tier of main burners and between burners mounted additional auxiliary fuel which are inclined at an angle to the hearth chamber and oriented along axes directed in notches centers.

4. The device according to p. 3, characterized in that the auxiliary waste burners are slotted and installed with large sides horizontally, and the auxiliary fuel nozzles built into them are directed parallel to the upper bevels of the front and rear walls of the chamber and are installed in incisions in opposite to each other burners, and the channels of the exhaust air are directed at an angle to these bevels.

5. The device according to paragraphs. 3 and 4, characterized in that a jumper is installed between the nozzles of the auxiliary burners and the additional burners, equipped with a shut-off and regulating body located on the connection section of this jumper to the auxiliary fuel pipeline.

6. The device according to paragraphs. 3 to 5, characterized in that the air nozzles of the additional air are made in the form of vertically mounted slots oriented tangentially to the surface of a conventional vertical cylinder located in the upper part of the combustion chamber.

7. The device according to paragraphs. 3 - 6, characterized in that at the exit sections of the main vortex burners along their outer generators additional nozzles are installed, connected by pipelines with a source of combustible reducing gas NO in N ₂ .