RU2032853C1

RU2032853C1 - Prismatic water-cooled furnace

Info

Publication number: RU2032853C1
Authority: RU
Inventors: С.В. Срывков; М.Я. Процайло; А.А. Дектерев; С.Г. Козлов; М.С. Пронин; А.М. Ковалевский; В.П. Попов
Original assignee: Сибирский филиал Всероссийского теплотехнического научно-исследовательского института
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: steam generators. SUBSTANCE: prismatic water-cooled furnace has two multi-tier units of burners arranged on each side walls 3 and two central agent supply nozzles 7 mounted in center of front and rear walls 5 of furnace. Two burner units directed diametrically are brought closer to axis of symmetry of side walls 3 of furnace so that relationship of distance between them to height of burners is within 0.8-1.2 and central blast nozzles 7 made in form of vertical near-wall slots whose height is equal to burner unit are oriented relative to each other in opposite sides along the walls on which they are located; screen tubes are laid above central nozzles 7 forming slots with plane of not spread screens of slot on either side whose width is equal to width of central nozzles. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к топкам котельных агрегатов и может быть использовано на тепловых электростанциях при сжигании шлакующихся бурых углей. The invention relates to the furnaces of boiler units and can be used in thermal power plants for the combustion of slag lignite.

Известна топка котла для сжигания твердого топлива, содержащая вертикальную призматическую камеру сгорания. Known furnace boiler for burning solid fuel containing a vertical prismatic combustion chamber.

Известна топка котла [1] содержащая вертикальную призматическую камеру, у которой в плане ширины по фронту больше глубины с холодной воронкой и угловыми горелками, размещенными на боковых стенках топки, причем оси всех горелок пересекаются в центре топки (диагональная компоновка горелок). Недостатками этих топок являются плохое заполнение сечения топочной камеры в горизонтальной плоскости, неустойчивый режим работы соударяющихся горелочных струй, наброс пламени с последующим шлакованием центральных частей тыловой и фронтовой стен, движение по центру топки основной массы газов вверх, которая способствует загрязнению поверхностей нагрева на выходе из топки. Известна также вертикальная призматическая пылеугольная топка [2] содержащая холодную воронку, фронтальные прямоточные горелки, наклоненные под острым углом к плоскости симметрии топки, а на задней стенке топки на одном уровне с горелками размещены вертикальные сопла газообразного дутья, причем крайние сопла направлены вдоль соответствующих боковых стен топки, а смежные с ними сопла в сторону ближайших боковых стен и в центральной части задней стенки топки дополнительно расположена вертикальная щелевая амбразура, в которой размещены горизонтальные щелевые сопла, поочередно направленные в сторону противоположных боковых стен параллельно направленным на них смежным вертикальным соплам. A boiler furnace [1] is known that contains a vertical prismatic chamber, in which, in terms of front width, there is more depth with a cold funnel and corner burners placed on the side walls of the furnace, with the axes of all burners intersecting in the center of the furnace (diagonal arrangement of burners). The disadvantages of these furnaces are poor filling of the cross-section of the combustion chamber in the horizontal plane, unstable operation of colliding burner jets, flame build-up followed by slagging of the central parts of the rear and front walls, upward movement of the bulk of the gas in the center of the furnace, which contributes to contamination of the heating surfaces at the outlet . Also known is a vertical prismatic pulverized coal furnace [2] containing a cold funnel, front direct-flow burners inclined at an acute angle to the symmetry plane of the furnace, and vertical gaseous blast nozzles are placed at the same level as the burners on the back wall of the furnace, with the extreme nozzles directed along the corresponding side walls the furnace, and nozzles adjacent to them towards the nearest side walls and in the central part of the rear wall of the furnace, there is additionally a vertical slotted embrasure in which Horizontal slot nozzles are alternately directed towards opposite side walls directed parallel to their adjacent vertical nozzles.

Благодаря предложенному расположению горелок и сопл газообразного дутья происходит отток высокотемпературных топочных газов от центральной части задней стенки топки к боковым ее стенкам, что способствует усилению вихревого движения газов с вертикальными осями вращения у боковых стен. Однако приведенная конструкция топки имеет такие негативные эффекты как плохое заполнение газами топочного объема, расположенного у фронтовой стенки; из-за большой кинетической энергии пылевидного топлива не исключен прямой пробой воздушной завесы крупными частицами топлива и наброс их на задний экран; ненадежность работы центрального сопла, которое имея металлоемкую начинку открыто прямому излучению пламени из топки. Due to the proposed arrangement of burners and gaseous blast nozzles, the outflow of high-temperature flue gases from the central part of the rear wall of the furnace to its side walls occurs, which enhances the vortex movement of gases with vertical axes of rotation at the side walls. However, the above design of the furnace has such negative effects as poor filling with gases of the furnace volume located near the front wall; due to the large kinetic energy of the pulverized fuel, direct breakdown of the air curtain by large particles of fuel and their throwing on the rear screen is not ruled out; the unreliability of the central nozzle, which having a metal-intensive filling is open to direct radiation of the flame from the furnace.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является призматическая экранированная пылеугольная топка [3] у которой ширина по фронту больше глубины и содержит на боковых сторонах угловые многоярусные горелки, ориентированные вдоль фронтовой и тыловой стен навстречу друг другу и по два сопла, расположенных по центру с обеих сторон длинных стен топки, направленных встречно. Система горелок и сопл организуют в топке четыре вихревых контура с вертикальными осями вращения. The closest technical solution (prototype) is a prismatic shielded pulverized coal furnace [3] whose front width is greater than depth and contains angled multi-tier burners on the sides, oriented along the front and rear walls towards each other and two nozzles located in the center of both sides of the long walls of the furnace directed in the opposite direction. The system of burners and nozzles organize four vortex circuits with vertical axes of rotation in the furnace.

Недостатками данной конструкции топки являются недостаточный теплообмен в зоне активного горения, обусловленный затенением части тыловых и фронтовых экранов пылевыми потоками в зонах горизонтального движения стелющихся факелов, а также при сжигании вместо каменного угля (АШ) шлакующих бурых углей появляется реальная опасность загрязнения экранов в зонах, где имеет место, при полном перемешивании пристенного воздуха с пылью, касание пламени с экранными трубами. The disadvantages of this design of the furnace are insufficient heat transfer in the active combustion zone, due to the shadowing of part of the rear and front screens by dust streams in the horizontal movement zones of creeping torches, as well as when burning slag lignite instead of bituminous coal (coal), there is a real danger of screen contamination in areas where when the wall air is completely mixed with dust, the flame touches the screen tubes.

Цель изобретения повышение надежности теплообмена и эффективной защиты радиационных поверхностей нагрева от шлакования. Указанная цель достигается тем, что в призматической экранированной топке оба диагонально направленных горелочных блока приближены к оси симметрии боковых стен топки так, чтобы отношение расстояния между ними к высоте горелок составляло 0,8-1,2, а боковые и центральные сопла дутья в виде вертикальных пристенных щелей, равных по высоте горелочному блоку, установлены на фронтовой и тыловой стенах, а центральные сопла относительно друг друга в противоположные стороны вдоль стен, на которых они расположены, причем поверх центральных сопл разведены экранные трубы, образуя с обеих сторон с плоскостью неразведенных экранов щели, равные ширине центральных сопл. The purpose of the invention is to improve the reliability of heat transfer and the effective protection of radiation heating surfaces from slagging. This goal is achieved by the fact that in a prismatic shielded furnace, both diagonally directed burner blocks are close to the axis of symmetry of the side walls of the furnace so that the ratio of the distance between them to the height of the burners is 0.8-1.2, and the side and central nozzles of the blast in the form of vertical wall slots, equal in height to the burner block, are mounted on the front and rear walls, and the central nozzles are relative to each other in opposite directions along the walls on which they are located, and on top of the central nozzles screen tubes are united, forming gaps on both sides with the plane of undiluted screens equal to the width of the central nozzles.

Анализ свойств, проявляемых известными и предлагаемой топкой, обусловленных наличием сходных признаков расположением горелок на боковых стенах сопл дутья на фронтовом и тыловом экранах, показывает следующее. По сравнению с прототипом имеются существенные отличия в части направленности центральных сопл и приближенных в центру симметрии боковых горелок, что обеспечило вихревые аэродинамические структуры с противоположным направлением вращения газов по сравнению с прототипом. Поэтому предлагаемое топочное устройство отвечает критерию "Новизна". An analysis of the properties shown by the well-known and proposed firebox, due to the presence of similar signs by the location of the burners on the side walls of the blast nozzles on the front and rear screens, shows the following. Compared with the prototype, there are significant differences in the directivity of the central nozzles and the side burners close to the center of symmetry, which provided vortex aerodynamic structures with the opposite direction of gas rotation compared to the prototype. Therefore, the proposed furnace device meets the criterion of "Novelty."

По сравнению с аналогом, существенным отличием новой топки является расположение горелок на боковых стенах с диагональной компоновкой, что позволяет организовать четыре вихревых потока в отличие от двухвихревого движения, которое получается в аналоге с фронтальными горелками. Отличительные признаки имеют в предлагаемой топке и центральные сопла, как по их ориентации, так и более надежной их защите от высоких топочных температур. Это позволяет заключить, что предлагаемая топка отвечает критерию "Существенные отличия". Compared with the analogue, a significant difference of the new furnace is the location of the burners on the side walls with a diagonal arrangement, which allows you to organize four vortex flows, in contrast to the two-vortex movement, which is obtained in the analogue with frontal burners. Distinctive features in the proposed furnace are central nozzles, both in their orientation and in more reliable protection from high furnace temperatures. This allows us to conclude that the proposed firebox meets the criterion of "Significant differences".

На фиг. 1 изображена топка, поперечный разрез; на фиг.2 вид топки в плане. In FIG. 1 shows a firebox, cross section; figure 2 view of the furnace in plan.

Топка оборудована призматической экранированной камерой сгорания 1, у которой в плане ширина по фронту больше глубины, с холодной воронкой 2 и на боковых стенах 3 установлены по два диагонально направленных блока многоярусных горелок 4, которые приближены к оси симметрии боковых стен так, чтобы отношение расстояния между ними к высоте горелок составляло 0,8-1,2. На тыловых 5 и фронтовых стенах 6 расположены центральные сопла дутья 7, равные по высоте горелочному блоку и направленные относительно друг друга в противоположные стороны вдоль стен. Поверх центральных сопл дутья разведены экранные трубы 8, образующие с плоскостью неразведенных экранов щели 9, равные ширине центральных сопл 7. The furnace is equipped with a prismatic shielded combustion chamber 1, in which the front width is greater than the depth, with a cold funnel 2 and on the side walls 3, two diagonally directed blocks of multi-tier burners 4 are installed, which are close to the axis of symmetry of the side walls so that the distance between them to the height of the burner was 0.8-1.2. On the rear 5 and front walls 6 there are central nozzles of the blast 7, equal in height to the burner block and directed relative to each other in opposite directions along the walls. Screen pipes 8 are formed over the central nozzles of the blast, forming slots 9 with the plane of the undiluted screens, equal to the width of the central nozzles 7.

Сопла газообразного дутья подключены к общему коробу, в котором через подводящие патрубки с регулирующими клапанами (не показаны) могут подаваться либо третичный воздух, либо газы рециркуляции, либо их смесь. Gaseous blast nozzles are connected to a common duct in which either tertiary air or recirculation gases, or a mixture thereof, can be supplied through inlet pipes with control valves (not shown).

Изменение отношения расстояния в свету между горелками по горизонтали к высоте горелки в пределах Н 0,8-1,2 обусловлено следующими соображениями. Сближение угловых горелок к центру оси симметрии продиктовано не только получением развитых четырех вихревых зон с вращением газов от центра тыловой и фронтовой стен к углам топки (по часовой стрелке), но и получением эффективного выжига топлива на горизонтальных участках горелочных струй за счет взаимодействия их от двух блоков горелок. Верхний предел, равный 1,2. определен на основании исследований, когда выше этого предела взаимодействие струй практически прекращается. The change in the ratio of the distance in the light between the burners horizontally to the height of the burner within H 0.8-1.2 is due to the following considerations. The approach of the corner burners to the center of the axis of symmetry is dictated not only by the development of four vortex zones with the rotation of the gases from the center of the rear and front walls to the corners of the furnace (clockwise), but also by the efficient burning of fuel in horizontal sections of the burner jets due to their interaction from two burner blocks. The upper limit is 1.2. determined on the basis of studies when, above this limit, the interaction of jets practically ceases.

Нижний предел Н 0,8, характеризующий до этого значения отсутствие межструйного обмена между смежными начальными участками пылепотоков, что обеспечивает для эффективного воспламенения проникновение высокотемпературных топочных газов по всей высоте межструйного пространства, выведен на основе опыта и исследований по сжиганию бурых углей в системе прямоточных вертикально-щелевых горелок с двухъярусной компоновкой. The lower limit of H 0.8, characterizing up to this value the absence of inter-jet exchange between adjacent initial sections of dust streams, which ensures high-temperature flue gases penetration throughout the entire height of inter-jet space for effective ignition, was derived on the basis of experience and studies on the combustion of brown coal in a direct-flow vertical system slot burners with a two-tier layout.

Топка котла работает следующим образом. Угольную пыль и вторичный воздух подают через диагонально расположенные на боковых стенах 3 многоярусные горелки 4. В топке 1 вначале происходит эффективное сгорание топлива в прямоточной части факела, благодаря оптимальному соотношению расстояния в свету по горизонтали Н между горелками к высоте горелки h, обеспечивающему эффективное взаимодействие смесеобразования и воспламенения горелочных струй за счет интенсивного подсоса топочных газов в межгорелочное пространство. The boiler furnace works as follows. Coal dust and secondary air are fed through multi-tier burners 4 diagonally located on the side walls 3. In the furnace 1, the fuel is first efficiently burned in the direct-flow part of the torch due to the optimal ratio of horizontal distance N between the burners to the height of the burner h, which ensures efficient mixing and ignition of the burner jets due to the intensive intake of flue gases into the inter-burner space.

Прямоточные части факела, направленные от боковых стен 3 навстречу друг другу, соударяясь, турбулизируют поток и вследствие центральных сопл газообразного дутья 7, ориентированных вдоль фронтовой и тыловой стен к боковым экранам возникают четыре вихревых движения с вертикальными осями вращения, при этом происходит не только уменьшение температурной и скоростной неравномерности на выходе из топки, но и интенсификация теплообмена, как за счет защиты газообразными завесами экраном от шлакования, так и за счет массообмена между высокотемпературными газами в центральной части топки и низкотемпературными пристенными слоями газов, все это позволит повысить коэффициент эффективности экранов (Ψ до 0,5) и соответственно снизить температуру газов на выходе из топки на 70-80^оС.Direct-flow parts of the torch directed from the side walls 3 towards each other, colliding, turbulent the flow, and due to the central nozzles of the gaseous blast 7 oriented along the front and rear walls to the side screens, four vortex movements with vertical axes of rotation occur, and not only does the temperature decrease and high-speed unevenness at the exit from the furnace, but also the intensification of heat transfer, both due to the protection of the gaseous curtains from the screen from slagging, and due to mass transfer between high-temperature -temperature gases in the central part of the furnace and low temperature wall-mounted gas layers, all of this will increase the efficiency coefficient of screens (Ψ to 0.5) and consequently reduce the gas temperature at the outlet from the furnace at ^about 70-80 C.

Новая и базовая аэродинамическая структура факела с помощью математического моделирования была выявлена на компьютере РС-АТ-386 и полученное поле скоростей в объеме топки переснято с печатающего устройства. The new and basic aerodynamic structure of the torch using mathematical modeling was detected on a PC-AT-386 computer and the resulting velocity field in the furnace volume was retrieved from the printing device.

Выявлено, что в горизонтальной плоскости А-А образуются четыре вихревых потока, каждый из которых примыкает к углу топки, имея направление вращения вдоль длинных и боковых стен топки, замыкаясь в зоне воспламенения горелочных струй. Такая аэродинамическая структура факелов способствует выравниванию потоков газов выше горелок. It has been revealed that four vortex flows are formed in the horizontal plane AA, each of which is adjacent to the corner of the furnace, having a direction of rotation along the long and side walls of the furnace, closing in the ignition zone of the burner jets. This aerodynamic structure of the torches helps to equalize the flow of gases above the burners.

Пример конструктивного выполнения для котла БКЗ-320 ст. N 18 Красноярской ТЭЦ-1. An example of a design for the boiler BKZ-320 st. N 18 of the Krasnoyarsk TPP-1.

Исходные данные: производительность 320 т/ч, расход ирша-бородинского угля на котел 55,18 т/ч, сушка топлива в 4 молотковых мельницах газовая и расход пылегазовой первичной смеси после мельницы 50 х 10³ м³/ч, размер топки в плане 12 х 7 м.Initial data: capacity 320 t / h, consumption of Irsha-Borodino coal to the boiler 55.18 t / h, gas drying in 4 hammer mills, gas and the consumption of dust and gas primary mixture after the mill 50 x 10 ³ m ³ / h, furnace size in plan 12 x 7 m.

Расчет: из условия нормативного теплового напряжения на ярус горелок (q 1,2 Гкал/м²˙час) выбираем 2 яруса горелок. Тогда на боковых стенах топки устанавливаются по 4 горелки с каждой стороны (всего 8 горелок). Из условия нормативного теплового напряжения лучистой поверхности в зоне активного горения (q_аг 0,7 Гкал/м² ˙час) рассчитываем высоту пояса горелок, равную 4,6 м, а межосевое расстояние, равное 3,2 м. Выбирая расчетную скорость аэросмеси 14 м/сек, определяем площадь выходного сечения каналов первичной пылегазовзвеси в горелке, которая составляет 0,5 м². Принимаем общий расход третичного воздуха 30% тогда из расчетного расхода вторичного воздуха на горелку 5,2 м³/с и скорости его 30 м/сек, площадь выходного сечения сопл вторичного воздуха составит 0,508 м². Тогда, общая площадь одной горелки равна F_г 1,08 м² и размеры ее b_г х h_г 0,78 х 1,4 м. Расход третичного воздуха на центральные сопла составляет 32,1 м³/сек, и, соответственно, их выходная площадь при расчетной скорости дутья 40 м/сек 0,8 м². Устанавливаем 4 центральных со следующими размерами: центрального сопла b_ц х h_ц 0,04 х 4,8 м.Calculation: from the conditions of the normative thermal voltage per burner level (q 1.2 Gcal / m ² ˙h), we select 2 burner tiers. Then on the side walls of the furnace 4 burners are installed on each side (a total of 8 burners). From the condition of the normative thermal stress of the radiant surface in the zone of active combustion (q _ag 0.7 Gcal / m ² рассчитh), we calculate the height of the burner belt, equal to 4.6 m, and the interaxal distance, equal to 3.2 m. Choosing the calculated speed of the mixture 14 m / s, we determine the area of the output section of the channels of the primary dust and gas suspension in the burner, which is 0.5 m ² . We take the total tertiary air flow rate of 30% then from the calculated secondary air flow rate to the burner 5.2 m ³ / s and its speed 30 m / s, the area of the output section of the secondary air nozzles will be 0.508 m ² . Then, the total area of one burner is equal to F _g 1,08 m ² and its dimensions b _g x h _g 0,78 x 1,4 m. The flow of tertiary air to the central nozzle is 32.1 m ³ / s, and, accordingly, their output area at a design blast speed of 40 m / s 0.8 m ² . We install 4 central ones with the following dimensions: central nozzle b _c x h _c 0.04 x 4.8 m.

На каждой боковой стене смежные горелки по горизонтали размещены диагонально с горелками противоположной стены и сближены на расстояние между горелками 1,5 м, при этом отношение простенка между горелками к высоте горелки составляет 1,5/1,4 1,07, что вписывается в пределы соотношений этих размеров, рекомендуемых в формуле изобретения. On each side wall, adjacent burners are horizontally placed diagonally with the burners of the opposite wall and are closer to the distance between the burners of 1.5 m, while the ratio of the wall between the burners to the height of the burner is 1.5 / 1.4 1.07, which fits within ratios of these sizes recommended in the claims.

Внедрение предлагаемого изобретения позволит за счет интенсификации теплообмена (что даст понижение на 60-80^оС температуры газов на выходе из топки), а также уменьшения шлакования поверхностей нагрева поднять бесшлаковочную мощность котла на 10%Implementation of the invention allows by intensification of heat transfer (which will drop to 60-80 ^{° C} gas temperature at the outlet of the furnace), and to reduce slagging heating surfaces of the boiler to raise besshlakovochnuyu power at 10%

Claims

1. PRISMATIC SCREEN HEATER containing two multi-tier burner blocks on the side walls and two central blast nozzles installed in the center of the front and rear walls, characterized in that the axes of the opposite burners in each block are directed towards each other along the diagonals of the rectangle, the ratio of the distance between the burners to their height is 0.8 1.2, and the central blow nozzles are made in the form of vertical wall slots, equal in height to the burner block, and oriented relative to each other in opposite directions along the walls on which they are located.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the tubes of the screens are separated over the wall central nozzles with the formation of slots on both sides with the plane of undiluted screens equal to the width of the central nozzles.