RU2043567C1

RU2043567C1 - Method of combustion of low-reaction high-ash pulverized fuel

Info

Publication number: RU2043567C1
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Шегуров; Геннадий Алексеевич Дорошин
Original assignee: Александр Андреевич Шегуров
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1995-09-10

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: annular coaxial span flows of air and pulverized fuel are additionally supplied inside the main jet-swirl flame with formation of internal swirl flame. EFFECT: facilitated procedure. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике, в частности к области сжигания пылевидного топлива. The invention relates to energy, in particular to the field of combustion of pulverized fuel.

Известны способы сжигания пылевидного топлива в вихревом пылеугольном факеле [1] при котором размолотый в пыль уголь в виде аэросмеси подается в топку в виде кольцевой осесимметричной закрученной коаксиальной струи. Дополнительный воздух, необходимый для полного сгорания углерода топлива, также подается в виде кольцевой коаксиальной закрученной струи большего диаметра, содержащей внутри струи топливной аэросмеси. При этом в вихревом факеле такие свойства закрученных струй как наличие рециркуляционной приосевой зоны интенсивное смешение на начальном участке и малая дальнебойность играют положительную роль в процессе воспламенения топлива, которое у сильнозакрученных факелов очень устойчивое и дальнейшего его выгорания. Но наряду с этими положительными моментами вихревой факел имеет один существенный недостаток: в нем образуется достаточно много топливных окислов азота (до 1,2 г/нм³). Известные способы снижения образования окислов азота заключаются в уменьшении концентрации кислорода в зоне воспламенения топливной аэросмеси и подачи недостающей его доли на более поздние этапы горения (двухступенчатое сжигание топлива) [1] Однако при сжигании низкореакционных углей этот способ приводит к затягиванию горения по высоте топки, повышению температуры газов на выходе из топки и увеличению мехнедожога топлива.Known methods of burning pulverized fuel in a vortex pulverized coal torch [1] in which coal pulverized into dust in the form of a mixture is fed into the furnace in the form of an axisymmetric swirling coaxial jet. The additional air necessary for the complete combustion of carbon fuel is also supplied in the form of a coaxial ring swirling jet of a larger diameter containing inside the jet of fuel air mixture. Moreover, in a vortex plume, such properties of swirling jets as the presence of a recirculation near-axis zone, intensive mixing in the initial section and low long-range performance play a positive role in the ignition of the fuel, which is very stable in highly-swirling flares and its further burnout. But along with these positive aspects, the vortex torch has one significant drawback: a lot of fuel nitrogen oxides are formed in it (up to 1.2 g / nm ³ ). Known methods for reducing the formation of nitrogen oxides are to reduce the oxygen concentration in the ignition zone of the fuel mixture and supply the missing portion to the later stages of combustion (two-stage combustion of fuel) [1] However, when burning low-reaction coal, this method leads to a delay in combustion along the height of the furnace, increasing temperature of gases at the outlet of the furnace and increase the fuel burnout.

Известен способ совместного сжигания пылеугольного и газового топлива в соосном вихревом факеле [2] путем подачи трех закрученных потоков: по периферии газового, затем чистого воздуха и внутри по оси пылеугольного. Этот способ, интенсифицируя процесс горения, заметно уменьшает его зону, но его реализация, при практически неощутимом снижении окислов азота требует значительного количества газового топлива. There is a method of co-burning pulverized coal and gas fuel in a coaxial vortex flare [2] by supplying three swirling flows: along the periphery of the gas, then clean air and inside along the axis of the pulverized coal. This method, intensifying the combustion process, significantly reduces its zone, but its implementation, with an almost imperceptible decrease in nitrogen oxides, requires a significant amount of gas fuel.

Также известен способ сжигания пылевидного топлива [3] когда через вихревую горелку подаются топливная аэросмесь и чистый воздух, а через мазутную форсунку, расположенную на оси горелки, вблизи огневого среза, подается жидкое топливо. Мазутный факел постоянно горит у устья основного пылеугольного факела, воспламеняет топливную аэросмесь и при этом значительно снижается выход окислов азота. Однако этот способ требует большого количества дефицитного жидкого топлива. Also known is a method of burning pulverized fuel [3] when a fuel mixture and clean air are supplied through a vortex burner, and liquid fuel is supplied through a fuel oil nozzle located on the axis of the burner near the fire section. A fuel oil torch constantly burns at the mouth of the main pulverized coal torch, ignites the fuel air mixture, and the yield of nitrogen oxides is significantly reduced. However, this method requires a large amount of scarce liquid fuel.

В практике известны удачные попытки снижения образования окислов азота при вихревом факельном сжигании пылевидного топлива. Фирмой Фостер Уиллер был использован способ, при котором топливная аэросмесь подавалась отдельными струями внутри кольцевой закрученной струи чистого воздуха. Для реализации этого струйно-вихревого способа была разработана горелка [4] которая при сжигании высокореакционных битуминозных углей позволила снизить образование окислов азота в факеле на 50% Однако использование этого способа для сжигания низкореакционных высокозольных углей не дало достаточно хорошего результата в силу плохой устойчивости воспламенения топливной аэросмеси вблизи устья горелки. Последнее объясняется недостаточным прогревом аэросмеси высокотемпературными продуктами сгорания приосевого обратного тока. Данное обстоятельство приводит к увеличению мехнедожога топлива. In practice, successful attempts to reduce the formation of nitrogen oxides during vortex flare combustion of pulverized fuel are known. The company Foster Wheeler used a method in which the fuel air mixture was supplied in separate jets inside a circular swirling stream of clean air. To implement this jet-vortex method, a burner [4] was developed which, when burning highly reactive bituminous coals, allowed to reduce the formation of nitrogen oxides in the flare by 50%. However, the use of this method for burning low-reaction high-ash coals did not give a sufficiently good result due to the poor stability of ignition of the fuel mixture near the mouth of the burner. The latter is due to insufficient heating of the aerosol with high-temperature combustion products of the axial reverse current. This circumstance leads to an increase in fuel burnout.

С целью повышения устойчивости воспламенения аэросмеси и уменьшения мехнедожога топлива при одновременном снижении образования окислов азота предлагается внутри основного струйно-вихревого факела, образованного из периферийной кольцевой закрученной струи воздуха и отдельных струй топливной аэросмеси, примыкающих с внутренней стороны к воздушной струе, сформировать из соосных кольцевых закрученных струй воздуха и топливной аэросмеси вспомогательный вихревой сильнозакрученный факел тепловой мощностью 10-30% от основного. Взаимодействие закрученной струи топливной аэросмеси вспомогательного факела с высокотемпературными продуктами сгорания приосевого обратного тока легко обеспечить раннее и устойчивое воспламенение вспомогательного факела, который в свою очередь прогревает и воспламеняет одиночные струи основного факела. Таким образом обеспечивается устойчивое воспламенение топливной аэросмеси основного факела при недостатке кислорода и, следовательно, уменьшении образования окислов азота при одновременном снижении мехнедожога топлива. In order to increase the stability of ignition of the air mixture and reduce the mechanical burn of fuel while reducing the formation of nitrogen oxides, it is proposed to form inside the main jet-vortex jet formed from a peripheral ring swirling jet of air and individual jets of fuel air mixture adjacent from the inside to the air jet jets of air and fuel mixture auxiliary vortex highly swirling torch with a thermal power of 10-30% of the main. The interaction of the swirling jet of the auxiliary jet fuel mixture with high-temperature combustion products of the axial reverse current makes it easy to provide early and stable ignition of the auxiliary torch, which in turn warms up and ignites the single jet of the main torch. This ensures a stable ignition of the fuel mixture of the main flame with a lack of oxygen and, consequently, a decrease in the formation of nitrogen oxides while reducing the mechanical burnout of the fuel.

Существенные признаки, по которым предлагаемый способ отличается от известных, следующие. The essential features by which the proposed method differs from the known, the following.

Как правило известные способы основаны на использовании двух видов топлива газ и уголь или мазут и уголь. Изобретение предполагает использование топлива одного вида угольной пыли. Typically, known methods are based on the use of two types of fuel gas and coal or fuel oil and coal. The invention involves the use of fuel of one type of coal dust.

В известных способах сжигания низкосортных углей основной факел является вихревым, т.е. топливная аэросмесь и необходимый для полного сгорания чистый воздух подают кольцевыми закрученными струями. В предлагаемом способу топливная аэросмесь подается отдельными струями внутри кольцевой закрученной струи чистого воздуха (струйно-вихревая подача);
в известных способах для зажигания низкореакционных пылеугольных вихревых факелов применяются небольшие факелы, в которых топливом служит газ или мазут. В предлагаемом способе в этих факелах используется угольная пыль.In known methods for burning low-grade coal, the main flame is a vortex, i.e. fuel mixture and clean air necessary for complete combustion are supplied by circular swirling jets. In the proposed method, the fuel air mixture is supplied in separate jets inside a ring swirling stream of clean air (jet-vortex feed);
In known methods for ignition of low-reactivity pulverized coal vortex flares, small flares are used, in which the gas or fuel oil is used. In the proposed method, coal dust is used in these torches.

Таким образом предлагаемый способ представляет собой композицию двух соосных пылеугольных факелов: струйно-вихревого с плохой устойчивостью воспламенения топливной аэросмеси и сильно закрученного вихревого с высокой устойчивостью воспламенения. В известных технических решениях не обнаружено такого признака, сходного с вышеописанным. Thus, the proposed method is a composition of two coaxial pulverized coal flames: a jet-vortex with poor resistance to ignition of the fuel mixture and a highly swirling vortex with high stability of ignition. In the known technical solutions, no such feature is found that is similar to the above.

На чертеже представлена схема развития такого факела. The drawing shows a diagram of the development of such a torch.

Внутренняя пара кольцевых закрученных струй топливной аэросмеси 1 и чистого воздуха 2 формируют малый факел 3, который, соприкасаясь и частично смешиваясь с одиночными струями топливной аэросмеси 4, прогревает и воспламеняет их. Далее по течению потоков одиночные струи аэросмеси, реакционная способность которых после контакта с малым факелом увеличилась, смешиваясь с кольцевой закрученной струей чистого воздуха 5, образует основной факел 6. Крутка кольцевых струй 1, 2, 5 и направление одиночных струй 4 выбираются таким, чтобы на оси факела формировался приосевой обратный ток 7, состоящий из высокотемпературных продуктов сгорания. The inner pair of ring swirling jets of fuel mixture 1 and clean air 2 form a small torch 3, which, in contact and partially mixed with single jets of fuel mixture 4, heats and ignites them. Further downstream, the single jets of reactive mixtures, the reactivity of which after contact with a small torch increased, mixing with the ring swirling stream of clean air 5, forms the main torch 6. The twist of the ring jets 1, 2, 5 and the direction of the single jets 4 are chosen so that an axial reverse current 7 was formed of the torch axis, consisting of high-temperature combustion products.

Прогрев топливной аэросмеси факелом приводит к тому, что, как указывалось ранее, реакционная способность ее увеличится и выделение азотсодержащих летучих в условиях дефицита кислорода приведет к уменьшению окислов азота в уходящих газах. Кроме того, повышенный уровень температуры смеси из продуктов сгорания малого факела и частично прореагировавшей топливной аэросмеси одиночных струй при смешении с чистым воздухом и горении в основном факеле позволяет увеличить полноту выгорания углерода. Heating the fuel mixture with a torch leads to the fact that, as mentioned earlier, its reactivity will increase and the release of nitrogen-containing volatiles under conditions of oxygen deficiency will lead to a decrease in nitrogen oxides in the exhaust gases. In addition, an increased temperature level of a mixture of products of combustion of a small plume and partially reacted fuel air mixture of single jets when mixed with clean air and burning in the main plume allows to increase the completeness of carbon burnout.

Claims

1. METHOD FOR COMBUSING A LOW-REACTIVE HIGH-ASEUL DUSTY FUEL, mainly a jet-vortex jet by supplying air in the form of an annular swirling stream and dust-like fuel in the form of separate jets inside the air stream, characterized in that the ring-shaped axial stream additionally supplies ring-shaped axial air inside the main jet-vortex torch and pulverized fuel to form an internal vortex plume.

2. The method according to claim 1, characterized in that the opening angle of the internal vortex plume support more than the opening angle of the main jet-vortex plume.