RU2071009C1

RU2071009C1 - Swirling-type furnace

Info

Publication number: RU2071009C1
Application number: RU94023440A
Authority: RU
Inventors: Ф.З. Финкер; И.Б. Кубышкин; Д.Б. Ахмедов
Original assignee: Малое государственное внедренческое предприятие "Политехэнерго"
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1996-12-27
Also published as: RU94023440A

Abstract

FIELD: heat-power engineering; dry-bottom furnaces for burning solid fuel, especially coarse-ground fuel. SUBSTANCE: furnace has vertical combustion chamber with upper burner 2 mounted on its front wall 3. Prismatic ash hopper 8 is formed in lower portion of combustion chamber by slopes 4 and 5 together with lateral walls. Lower burner 10 is mounted under ash hopper 8. Combustion chamber is also provided with nozzles 11 and 12 for supply of air. Longitudinal axes of each nozzle-burner pair are located in respective vertical planes. Two nozzle-burner pairs may be arranged in each semi-furnace at staggered arrangement of nozzles and burners. Nozzle-burner pairs may be located in different semi-furnace symmetrically relative to vertical axis of combustion chamber. EFFECT: reduction of maximum combustion temperature and equalization of temperature fields in furnace volume. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к топкам с твердым шлакоудалением для сжигания твердого топлива и наиболее успешно может применяться для сжигания топлива в виде пыли угрубленного помола. The invention relates to heat engineering, namely to furnaces with solid slag removal for burning solid fuel and can most successfully be used for burning fuel in the form of dust of coarse grinding.

При конструировании топок особое внимание уделяют возможности обеспечения относительно невысокой температуры сжигания топлива и определенного количества подаваемого кислорода. Эти параметры топки являются определяющими для ее экологических и экономических характеристик. Так, при увеличении температуры факела в топке возрастет опасность расплавления минеральных составляющих топлива и, как следствие, шлакования тепловоспринимающих экранов. Это ведет к ухудшению тепловосприятия топки и резкому снижению ее экономических характеристик. Количество подаваемого в топку кислорода определяется прежде всего требованиями обеспечения полного сжигания топлива. Для сжигания определенного количества топлива необходимо строго определенное количество кислорода. При его недостатке возникает недожог топлива с образованием окиси углерода, оказывающей вредное влияние на окружающую среду. Поэтому обычно при организации сжигания топлив подают кислород (воздух) с некоторым избытком. В большинстве известных топок, работающих на твердом топливе, коэффициент избытка воздуха находится на уровне 1,2, поскольку такая его величина является наиболее эффективной с точки зрения экономики. Однако, именно при таком избытке воздуха (кислорода) получается максимальный выход окислов азот NO_x (Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива).When designing furnaces, special attention is paid to the possibility of ensuring a relatively low temperature of fuel combustion and a certain amount of oxygen supplied. These firebox parameters are decisive for its environmental and economic characteristics. So, with an increase in the temperature of the flame in the furnace, the risk of melting the mineral components of the fuel and, as a result, the slagging of heat-receiving screens will increase. This leads to a deterioration in the heat perception of the furnace and a sharp decrease in its economic characteristics. The amount of oxygen supplied to the furnace is determined primarily by the requirements for ensuring complete combustion of the fuel. To burn a certain amount of fuel, you need a strictly defined amount of oxygen. With its shortage, underburning of fuel occurs with the formation of carbon monoxide, which has a harmful effect on the environment. Therefore, usually when organizing the combustion of fuels, oxygen (air) is supplied with some excess. In most well-known solid fuel furnaces, the excess air coefficient is at 1.2, since this value is the most efficient from an economic point of view. However, it is with such an excess of air (oxygen) that the maximum output of oxides is nitrogen NO _x (Segal I.Ya. Protection of the air basin during fuel combustion).

Дальнейшее же увеличение количества подаваемого воздуха (кислорода) нецелесообразно, поскольку в этом случае увеличивается выброс в атмосферу избытка нагретого в топке и не участвующего в реакции с топливом воздуха (кислорода), что ухудшает экономические показатели работы топки и всего котельного агрегата. A further increase in the amount of supplied air (oxygen) is impractical, since in this case the emission into the atmosphere of excess air (oxygen) heated in the furnace and not participating in the reaction with the fuel increases, which worsens the economic performance of the furnace and the entire boiler unit.

Известна вихревая топка с сухим шлакоудалением (авт.св. СССР N 483559, кл. F 23 C 5/08), содержащая вертикальную камеру сгорания с горелкой, направленной вниз и установленной на ее фронтовой стенке. Скаты нижней части стенок камеры сгорания образуют холодную воронку призматической формы со щелевым устьем. Под устьем холодной воронки установлено сопло для подачи воздуха в камеру сгорания. При работе топки через горелку в верхней части топки подают топливо-воздушную смесь, а снизу, через воздушное сопло, направленное в сторону горелки, воздух. В результате взаимодействия двух потоков в топочной камере обpазуются две зоны горения вихревая и прямоточная. Мелкие частицы топлива сгорают в прямоточной зоне, более крупные частицы топлива опускаются в нижнюю часть топки и сгорают в вихревой зоне в результате многократной циркуляции. Наличие большого количества горящих частиц в вихревой зоне стабилизирует процессы воспламенения и горения. Кроме того, в такой топке резко снижается эмиссия NO_x за счет организации так называемого ступенчатого сжигания топлива, при котором в горелки подается меньшее количество воздуха, чем требуется для полного выгорания всего топлива (коэффициент избытка воздуха < 1). Остальной воздух подводится снизу при помощи вышеназванных сопл. При этом значительно снижается содержание NO_x за счет уменьшения эмиссии "топливных" окислов азота [1]
Однако при использовании относительно мелкого топлива его основная масса сгорает в непосредственной близости от горелки. В результате загрузка вихревой зоны оказывается недостаточной, что не позволяет использовать основные преимущества вихревого сжигания топлива стабильность процесса воспламенения и горения. Кроме того, повышается температура факела вблизи горелки, причем это явление усугубляется эффектом "запирания излучения", т.к. с ростом оптической толщины снижается эффективная степень черноты факела. Указанное явление объясняется тем, что охлаждение вблизи экранов вследствие теплоотдачи продукты горения, имеющие более высокую степень черноты, не пропускают (экранируют) излучение от более высокотемпературных слоев газов в центральной части топки, что еще более повышает температуру факела в центре топки (Блох А. Г. Теплообмен в топках паровых котлов. Л. Энергоатомиздат, 1984, рис. 5-10). Это ведет к шлакованию поверхностей нагрева и ухудшению экономических показателей топки. Кроме того, при сильном повышении температуры факела возникает опасность образованию не только так называемых "топливных" окислов азота, как это имеет место при обычных для открытых топок с сухим шлако-удалением температур горения, но и увеличение доли так называемых "термических" окислов азота, чье появление обусловлено окислением при высоких температурах азота воздуха.Known vortex furnace with dry slag removal (ed. St. USSR N 483559, class F 23 C 5/08), containing a vertical combustion chamber with a burner directed downward and mounted on its front wall. The slopes of the lower part of the walls of the combustion chamber form a cold funnel of a prismatic shape with a slotted mouth. A nozzle for supplying air to the combustion chamber is installed under the mouth of the cold funnel. During operation of the furnace, the fuel-air mixture is fed through the burner in the upper part of the furnace, and air is supplied from below, through an air nozzle directed towards the burner. As a result of the interaction of two streams in the combustion chamber two combustion zones are formed, vortex and direct-flow. Small particles of fuel burn in the direct-flow zone, larger particles of fuel fall into the lower part of the furnace and burn in the vortex zone as a result of repeated circulation. The presence of a large number of burning particles in the vortex zone stabilizes the processes of ignition and combustion. In addition, in such a furnace, NO _x emission is sharply reduced due to the organization of the so-called stepwise combustion of fuel, in which less air is supplied to the burners than is required for complete combustion of all fuel (excess air coefficient <1). The rest of the air is supplied from below using the above nozzles. At the same time, the NO _x content is significantly reduced due to a decrease in the emission of “fuel” nitrogen oxides [1]
However, when using relatively small fuel, its bulk burns in the immediate vicinity of the burner. As a result, the loading of the vortex zone is insufficient, which does not allow the main advantages of vortex combustion of fuel to be used, the stability of the ignition and combustion process. In addition, the temperature of the flame near the burner rises, and this phenomenon is exacerbated by the effect of "blocking radiation", because with increasing optical thickness, the effective degree of blackness of the torch decreases. This phenomenon is explained by the fact that cooling near the screens due to heat transfer, combustion products having a higher degree of blackness do not allow (shield) radiation from higher-temperature gas layers in the central part of the furnace, which further increases the temperature of the flame in the center of the furnace (A. Bloch G. Heat transfer in the furnaces of steam boilers. L. Energoatomizdat, 1984, Fig. 5-10). This leads to slagging of the heating surfaces and the deterioration of the economic performance of the furnace. In addition, with a sharp increase in the temperature of the torch, there is a danger of the formation of not only the so-called “fuel” nitrogen oxides, as is the case for conventional open furnaces with dry slag removal of combustion temperatures, but also an increase in the proportion of the so-called “thermal” nitrogen oxides. whose appearance is due to the oxidation of air nitrogen at high temperatures.

Известна вихревая топка (авт. св. СССР N 613161), предназначенная для сжигания относительно мелкого топлива. Топка содержит вертикальную камеру сгорания с направленной вниз горелкой, установленной на ее фронтовой стенке. В нижней части камеры сгорания фронтовая и задняя стенки последней имеют некоторый наклон. Скаты указанных стенок вместе с боковыми стенками образуют холодную воронку призматической формы с щелевым устьем. Под устьем холодной воронки по всей ее ширине установлена нижняя горелка для подачи топливо-воздушной смеси через щелевое устье холодной воронки в камере сгорания [2]
При работе такой топки через обе горелки одновременно подают топливно-воздушную смесь. В результате взаимодействия потоков этой смеси в нижней части топки образуется вихревая зона, в которой в основном протекает процесс горения топлива. Подача топлива одновременно через обе горелки позволяет увеличить загрузку топливом вихревого потока и одновременно несколько растянуть факел горения по вертикали. При этом обеспечивается снижение температуры горения, что в свою очередь предотвращает шлакование и повышает тепловосприятие топки, а значит и экономичность ее работы. Снижение температуры факела предотвращает появление "термических" окислов азота. Однако, поскольку топливо-воздушная смесь содержит обычное для таких топок количество кислорода (коэффициент избытка воздуха около 1,2), вблизи горелок создаются условия для образования "топливных" окислов азота. Изменить же соотношение количества воздуха и топлива в топливо-воздушной смеси невозможно из-за уже упомянутых экономических соображений. Кроме того, в такой топке не обеспечивается выравнивание температурных полей в поперечном сечении топки.Known vortex furnace (ed. St. USSR N 613161), designed to burn relatively small fuel. The furnace contains a vertical combustion chamber with a downward directed burner mounted on its front wall. In the lower part of the combustion chamber, the front and rear walls of the latter have a certain inclination. The slopes of these walls together with the side walls form a cold funnel of a prismatic shape with a slotted mouth. A lower burner is installed under the mouth of the cold funnel over its entire width to supply the fuel-air mixture through the slotted mouth of the cold funnel in the combustion chamber [2]
During the operation of such a furnace, a fuel-air mixture is simultaneously fed through both burners. As a result of the interaction of the flows of this mixture in the lower part of the furnace, a vortex zone forms, in which the process of fuel combustion mainly proceeds. The fuel supply simultaneously through both burners allows increasing the fuel loading of the vortex flow and simultaneously stretching the combustion torch vertically. This ensures a decrease in the combustion temperature, which in turn prevents slagging and increases the thermal perception of the furnace, and hence the efficiency of its operation. Reducing the temperature of the torch prevents the appearance of "thermal" nitrogen oxides. However, since the fuel-air mixture contains the usual amount of oxygen for such furnaces (coefficient of excess air is about 1.2), conditions are created near the burners for the formation of “fuel” nitrogen oxides. It is impossible to change the ratio of the amount of air and fuel in the fuel-air mixture due to the already mentioned economic considerations. In addition, in such a furnace, the alignment of temperature fields in the cross section of the furnace is not ensured.

В основу изобретения поставлена задача создать такую вихревую топку, в которой обеспечилось бы регулирование подачи кислорода в разные зоны топки для обеспечения снижения эмиссии окислов азота при более равномерном заполнении факелом топочного объема и снижении максимальной температуры горения. The basis of the invention is the task of creating such a vortex furnace, in which it would be possible to control the supply of oxygen to different zones of the furnace in order to reduce the emission of nitrogen oxides with more uniform filling of the furnace volume with the torch and lowering the maximum combustion temperature.

Поставленная задача решается тем, что в вихревой топке с твердым шлакоудалением, содержащей вертикальную камеру сгорания с верхней горелкой направленной вниз, установленной на ее фронтовой стенке, с холодной воронкой призматической формы, имеющей щелевое устье, образованной скатами стенок нижней части камеры сгорания, и нижней горелкой для подачи топливо-воздушной смеси в камеру сгорания, размещенной под устьем холодной воронки, в соответствии с изобретением оси верхней и нижней горелок расположены в разных вертикальных плоскостях, а камера сгорания снабжена дополнительными соплами для подачи воздуха, одно из которых размещено на фронтовой стенке камеры сгорания и направлено вниз, а другое под устьем холодной воронки, при этом продольные оси каждой пары "сопло-горелка" расположены в соответствующих вертикальных плоскостях. The problem is solved in that in a swirl furnace with solid slag removal, containing a vertical combustion chamber with an upper burner directed downward, mounted on its front wall, with a cold prismatic funnel having a slotted mouth formed by slopes of the walls of the lower part of the combustion chamber, and a lower burner for supplying a fuel-air mixture into a combustion chamber located under the mouth of a cold funnel, in accordance with the invention, the axes of the upper and lower burners are located in different vertical planes, and The camera is equipped with additional combustion air supply nozzles, one of which is placed on the front wall of the combustion chamber and is directed downward and the other under the mouth of the ash hopper, wherein the longitudinal axes of each pair of "nozzle-burner" are located in respective vertical planes.

При работе такой топки происходит эффективное взаимодействие потока топливо-воздушной смеси из верхней горелки и потока воздуха из сопла, расположенного под устьем холодной воронки, а также взаимодействие потока топливо-воздушной смеси из нижней горелки и потока воздуха из направленного вниз сопла, расположенного на фронтовой стенке камеры сгорания. Расположение продольных осей пар "сопло-горелка" в соответствующих вертикальных плоскостях приводит к образованию вихревых потоков, а значит и условий для наиболее полного сжигания топлива, особенно наиболее крупных его частиц, циркулирующих в вихревом потоке. Благодаря этому предлагаемая конструкция обеспечивает эффективную работу топки при сжигании топлива в виде пыли угрубленного состава. Подача воздуха в каждой паре "горелка-сопло" регулируется независимо друг от друга. Этим обеспечивается возможность подавать через горелку обедненную воздухом, а значит и кислородом, топливо-воздушную смесь. Это обеспечивает снижение "топливных" окислов азота и существенно улучшает экологические характеристики такой топки. Оставшуюся часть воздуха (кислорода) в такой конструкции подается через воздушное сопло, обеспечивая таким образом требуемое суммарное количество кислорода в топке, определяющее наилучшие экономические показатели ее работы. When such a furnace is operating, there is an effective interaction of the fuel-air mixture flow from the upper burner and the air flow from the nozzle located under the mouth of the cold funnel, as well as the interaction of the fuel-air mixture from the lower burner and the air flow from the downward nozzle located on the front wall combustion chambers. The location of the longitudinal axes of the nozzle-burner pairs in the corresponding vertical planes leads to the formation of vortex flows, and hence the conditions for the most complete combustion of fuel, especially its largest particles circulating in the vortex stream. Due to this, the proposed design ensures the efficient operation of the furnace when burning fuel in the form of dust of coarsened composition. The air supply in each burner-nozzle pair is independently controlled. This makes it possible to supply a fuel-air mixture through a burner depleted in air, and hence oxygen. This provides a reduction in "fuel" nitrogen oxides and significantly improves the environmental characteristics of such a furnace. The remaining part of the air (oxygen) in this design is supplied through an air nozzle, thus providing the required total amount of oxygen in the furnace, which determines the best economic indicators of its operation.

Благодаря тому, что пара "верхняя горелка-сопло" обеспечивает загрузку преимущественно средней части камеры сгорания, а вторая пара "нижняя горелка
сопло" обеспечивает загрузку преимущественно нижней части камеры сгорания, такая конструкция обеспечивает равномерную загрузку всего топочного объема и обеспечивает выравнивание температурных полей при одновременном снижении максимальной температуры горения. Благодаря этому предотвращается шлакование топочных поверхностей нагрева и появление и "термических" окислов азота, что может иметь место при повышении максимальной температуры горения.Due to the fact that the pair of “upper burner-nozzle” provides loading mainly of the middle part of the combustion chamber, and the second pair of “lower burner
the nozzle "provides loading of mainly the lower part of the combustion chamber, this design ensures uniform loading of the entire furnace volume and ensures equalization of temperature fields while reducing the maximum combustion temperature. This prevents slagging of the heating surfaces and the appearance of" thermal "nitrogen oxides, which can occur with increasing maximum combustion temperature.

При реализации изобретения целесообразно размещать в каждой полутопке по меньшей мере по две пары "сопло-горелка" и располагать сопла и горелки в шахматном порядке. В этом случае происходит наиболее эффективное выравнивание температурных полей и загрузки топливо всего топочного объема. When implementing the invention, it is advisable to place at least two “nozzle-burner” pairs in each half-burner and arrange nozzles and burners in a checkerboard pattern. In this case, the most effective leveling of temperature fields and loading of fuel of the entire furnace volume occurs.

Вихревая топка может быть выполнена таким образом, что пары "сопло-горелка" располагаются в разных полутопках симметрично относительно вертикальной оси камеры сгорания. Такую конструкцию целесообразно использовать в тех случаях, когда котлы на теплоэлектростанциях выполнены таким образом, что система подвода топливо-воздушной смеси и воздуха требует размещения сопл и горелок на противоположных стенках камеры сгорания в разных полутопках. The swirl chamber can be made in such a way that the nozzle-burner pairs are located in different half-tubes symmetrically with respect to the vertical axis of the combustion chamber. This design is advisable to use in cases where the boilers at thermal power plants are made in such a way that the fuel-air mixture and air supply system requires nozzles and burners to be placed on opposite walls of the combustion chamber in different half-tubes.

На фиг.1 изображена предлагаемая топка, сечение вертикальной плоскостью, в которой лежат продольные оси пары "верхняя горелка-сопло"; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 поперечное сечение топки с симметричным относительно вертикальной оси камеры сгорания расположением пар "горелка-сопло"; на фиг. 4 содержание различных видов окислов азота в топочных газах в зависимости от температуры факела в топке. Figure 1 shows the proposed furnace, section of a vertical plane, in which lie the longitudinal axis of the pair "upper burner-nozzle"; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a cross section of the furnace with a symmetric relative to the vertical axis of the combustion chamber arrangement of pairs of "burner-nozzle"; in FIG. 4 the content of various types of nitrogen oxides in the flue gases, depending on the temperature of the flame in the furnace.

Вихревая топка (фиг. 1) содержит вертикальную камеру сгорания 1 с верхней горелкой 2, установленной на фронтовой стенке 3 камеры сгорания 1. В нижней части стенки камеры 1 наклонены. Их скаты 4 и 5 вместе с боковыми стенками 6 и 7 образуют холодную воронку 8 призматической формы. Холодная воронка 8 имеет щелевое устье 9. Топка снабжена нижней горелкой 10, размещенной под устьем 9 холодной воронки 8, для подачи топливо-воздушной смеси в камеру сгорания 1. Топка снабжена дополнительным соплом 11, размещенным на фронтовой стенке 3 камеры сгорания 1 и направленным вниз так же, как и верхняя горелка 1. Топка снабжена еще одним воздушным соплом 12, размещенным под устьем 9 холодной воронки 8, для подачи воздуха. Продольные оси верхней горелки 2 и нижней горелки 10 (фиг. 2) размещены в разных вертикальных плоскостях. Продольная ось верхней горелки 2 и продольная ось воздушного сопла 12 расположены в одной вертикальной плоскости. Продольная ось воздушного сопла 11 и продольная ось нижней горелки 10 размещены в другой вертикальной плоскости. The swirl chamber (Fig. 1) contains a vertical combustion chamber 1 with an upper burner 2 mounted on the front wall 3 of the combustion chamber 1. In the lower part of the wall of the chamber 1 are inclined. Their slopes 4 and 5 together with the side walls 6 and 7 form a cold funnel 8 of a prismatic shape. The cold funnel 8 has a slotted mouth 9. The furnace is provided with a lower burner 10 located under the mouth 9 of the cold funnel 8 for supplying the fuel-air mixture to the combustion chamber 1. The furnace is equipped with an additional nozzle 11 located on the front wall 3 of the combustion chamber 1 and directed down as well as the upper burner 1. The furnace is equipped with another air nozzle 12, located under the mouth 9 of the cold funnel 8, for air supply. The longitudinal axis of the upper burner 2 and the lower burner 10 (Fig. 2) are placed in different vertical planes. The longitudinal axis of the upper burner 2 and the longitudinal axis of the air nozzle 12 are located in one vertical plane. The longitudinal axis of the air nozzle 11 and the longitudinal axis of the lower burner 10 are placed in another vertical plane.

В топке могут быть установлены несколько пар "сопло-горелка". В этом случае они устанавливаются аналогично тому, как это показано на фиг.2, но в каждой полутопке следует размещать по меньшей мере две пары "сопло-горелка" и устанавливать их в шахматном порядке. A few nozzle-burner pairs can be installed in the firebox. In this case, they are installed in the same way as shown in figure 2, but at least two pairs of "nozzle-burner" should be placed in each half-burner and installed in a checkerboard pattern.

В том случае, если котлы на теплоэлектростанции выполнены таким образом, что система подвода топливо-воздушной смеси и воздуха требует размещения горелок и сопел на противоположных стенках камеры сгорания в разных полутопках, целесообразно размещать пары "сопло-горелка" симметрично относительно вертикальной оси камеры сгорания 1, как это показано на фиг.3. На стенке камеры сгорания установлена горелка 13, а под устьем холодной воронки установлено воздушное сопло 14. На этой же стенке установлено воздушное сопло 15, а под устьем холодной воронки нижняя горелка 16. Симметрично относительно вертикальной оси в другой полутопке установлена нижняя горелка 17 и воздушное сопло 18, а также верхняя горелка 19 и воздушное сопло 20. Как и в описанной выше конструкции, продольные оси пар "сопло-горелка" расположены в соответствующих вертикальных плоскостях. In the event that the boilers at the thermal power plant are designed in such a way that the fuel-air mixture and air supply system requires the placement of burners and nozzles on opposite walls of the combustion chamber in different half-tubes, it is advisable to place the nozzle-burner pairs symmetrically with respect to the vertical axis of the combustion chamber 1 as shown in FIG. 3. A burner 13 is installed on the wall of the combustion chamber, and an air nozzle 14 is installed under the mouth of the cold funnel 14. An air nozzle 15 is installed on the same wall, and a lower burner 16 is located under the mouth of the cold funnel. The lower burner 17 and the air nozzle are installed symmetrically relative to the vertical axis in the other half-burner. 18, as well as the upper burner 19 and the air nozzle 20. As in the design described above, the longitudinal axis of the nozzle-burner pairs are located in the respective vertical planes.

Топка работает следующим образом. The furnace works as follows.

Через горелки 2 и 10 подают топливно-воздушную смесь, а через сопла 11 и 12 подают воздух. Поток топливно-воздушной смеси благодаря наклонному расположению верхней горелки 2 двигается навстречу воздушному потоку, выходящему из сопла 12 и движущемуся вдоль ската 4 холодной воронки 8. Поскольку потоки топливно-воздушной смеси и воздуха благодаря расположению продольных осей верхней горелки 2 и воздушного сопла 12 в одной вертикальной плоскости направлены навстречу друг другу происходит эффективное взаимодействие этих потоков и образование вихревого потока, циркулирующего преимущественно в средней части камеры сгорания. В вихревом потоке циркулирует основная масса частиц топлива, что обеспечивает эффективное сжигание этих частиц, особенно наиболее крупных из них. Таким образом, пара "верхняя горелка 2 воздушное сопло 12", обеспечивает загрузку топливом в основном средней части камеры сгорания. Вторая пара "нижняя горелка 10 воздушное сопло 11" работает аналогичным образом. Поток воздуха из воздушного сопла 11 двигается навстречу потоку топливно-воздушной смеси, исходящему из нижней горелки 10 и протекающему вдоль ската 4 холодной воронки 8. При взаимодействии этих потоков образуется вихревой поток, расположенный преимущественно в нижней части камеры 1 сгорания. Таким образом, при работе обеих пар "горелка-сопло" в такой топке происходит загрузка топливом как средней, так и нижней частей камеры 1 сгорания. Этим обеспечивается выравнивание температурных полей и обусловленное этим снижение максимальной температуры горения. A fuel-air mixture is supplied through burners 2 and 10, and air is supplied through nozzles 11 and 12. The flow of the air-fuel mixture due to the inclined arrangement of the upper burner 2 moves towards the air flow exiting the nozzle 12 and moving along the ramp 4 of the cold funnel 8. Since the flows of the air-fuel mixture and air due to the longitudinal axes of the upper burner 2 and the air nozzle 12 are in one the vertical plane are directed towards each other, there is an effective interaction of these flows and the formation of a vortex flow, circulating mainly in the middle part of the combustion chamber. The bulk of the fuel particles circulate in the vortex flow, which ensures efficient combustion of these particles, especially the largest of them. Thus, the pair "upper burner 2 air nozzle 12", provides fuel loading in the main middle part of the combustion chamber. The second pair of "lower burner 10 air nozzle 11" works in a similar way. The air flow from the air nozzle 11 moves towards the flow of the air-fuel mixture coming from the lower burner 10 and flowing along the ramp 4 of the cold funnel 8. When these flows interact, a vortex stream is formed, which is located mainly in the lower part of the combustion chamber 1. Thus, during the operation of both burner-nozzle pairs in such a furnace, both the middle and lower parts of the combustion chamber 1 are loaded with fuel. This ensures the alignment of temperature fields and the resulting reduction in the maximum combustion temperature.

На фиг.4 изображена зависимость содержания различных видов окислов азота от максимальной температуры горения в топке. По оси абсцисс отложены значения температуры горения T_max в градусах Кельвина, а по оси ординат - содержание окислов азота, г/м³. Кривая 1 представляет зависимость суммарного количества окислов азота от температуры, зона между кривыми 1 и 2 представляет зависимость доли так называемых "топливных" окислов, появление которых в топочных газах обусловлено окислением азота топлива, зона между кривыми 2 и 3 представляет зависимость доли так называемых "термических" окислов азота, наличие которых обусловлено окислением азота воздуха при высоких температурах, а кривая 3 показывает содержание "быстрых" окислов азота, зависящих в основном от вида используемого топлива, в зависимости от максимальной температуры. Как видно из фиг. 4, доля "топливных" окислов меняется в диапазоне температур от 1300 до 2000 К от 0,75 до 0,2 г/м³, содержание "термических" окислов азота меняется от 0 до 0,7 г/м³, а содержание "быстрых" окислов практически не меняется и составляет около 0,1 г/м³. Очевидно, что при повышении максимальной температуры горения сверх 1700 К суммарное количество окислов азота резко возрастает, в основном за счет доли "термических" окислов. В известных топках существует опасность повышения максимальной температуры факела, особенно при увеличении топливной загрузки топки. В предлагаемой топке, благодаря выравниванию температурных полей, предотвращается опасность повышения температуры факела выше 1600 К. Это показали и проведенные авторами эксперименты. Кроме того, наиболее экономичным является подача такого количества воздуха, которое обеспечивает коэффициент избытка последнего на уровне 1,2. Благодаря раздельной подаче топливо-воздушной смеси и воздуха, как это имеет место в предлагаемой топке, можно подавать через горелки топливо-воздушную смесь, обедненную воздухом, а остальную часть воздуха, необходимую для полного сгорания топлива за счет обеспечения указанного коэффициента избытка воздуха, подают через воздушные сопла. Так, при проведении экспериментов через горелки подавали топливо-воздушную смесь с коэффициентом избытка воздуха меньшим, чем 1. Поэтому при сгорании наиболее мелких частиц топлива в непосредственной близости от горелки, как это имеет место в большинстве известных топок при использовании относительно мелкого топлива, существенно уменьшалось количество окислов азота за счет снижения доли "топливных" окислов.Figure 4 shows the dependence of the content of various types of nitrogen oxides on the maximum combustion temperature in the furnace. The abscissa shows the values of the combustion temperature T _max in degrees Kelvin, and the ordinate shows the content of nitrogen oxides, g / m ³ . Curve 1 represents the temperature dependence of the total amount of nitrogen oxides, the zone between curves 1 and 2 represents the dependence of the fraction of the so-called "fuel" oxides, the appearance of which in flue gases is due to oxidation of fuel nitrogen, the zone between curves 2 and 3 represents the dependence of the share of the so-called "thermal""nitrogen oxides, the presence of which is due to the oxidation of air nitrogen at high temperatures, and curve 3 shows the content of" fast "nitrogen oxides, which depend mainly on the type of fuel used, depending Property from maximum temperature. As can be seen from FIG. 4, the proportion of "fuel" oxides varies in the temperature range from 1300 to 2000 K from 0.75 to 0.2 g / m ³ , the content of "thermal" nitrogen oxides varies from 0 to 0.7 g / m ³ , and the content " fast "oxides practically does not change and is about 0.1 g / m ³ . Obviously, with an increase in the maximum combustion temperature above 1700 K, the total amount of nitrogen oxides increases sharply, mainly due to the fraction of “thermal” oxides. In known furnaces, there is a danger of increasing the maximum temperature of the torch, especially when increasing the fuel load of the furnace. In the proposed furnace, due to the alignment of temperature fields, the danger of increasing the temperature of the torch above 1600 K. is prevented. This was shown by the experiments conducted by the authors. In addition, the most economical is the supply of such an amount of air that provides a coefficient of excess of the latter at a level of 1.2. Due to the separate supply of the fuel-air mixture and air, as is the case in the proposed furnace, it is possible to supply the fuel-air mixture depleted in air through the burners, and the rest of the air necessary for complete combustion of the fuel by providing the specified coefficient of excess air is fed through air nozzles. So, during experiments, a fuel-air mixture was supplied through the burners with an excess air coefficient of less than 1. Therefore, when the smallest particles of fuel were burned in the immediate vicinity of the burner, as is the case in most known furnaces, when using relatively small fuel, the amount of nitrogen oxides by reducing the proportion of "fuel" oxides.

При реализации предлагаемого устройства в каждой полутопке могут быть размещены несколько пар "сопло-горелка". Наиболее успешно такое устройство функционирует, если в каждой полутопке размещены по меньшей мере по две пары "сопло-горелка", причем сопла и горелки располагаются в шахматном порядке. Такая топка работает аналогично описанной выше, однако обеспечивает еще более эффективное заполнение факелом топочного объема камеры сгорания и выравнивание температурных полей. When implementing the proposed device in each half-furnace can be placed several pairs of "nozzle-burner". Most successfully, such a device operates if at least two pairs of “nozzle-burner” are placed in each half-burner, and the nozzles and burners are staggered. Such a furnace works similarly to the one described above, but it provides even more efficient filling with the torch of the combustion chamber combustion chamber volume and alignment of temperature fields.

Работа топки, показанной на фиг.3, осуществляется аналогично тому, как это описано выше. Пара "верхняя горелка 13 воздушное сопло 14" обеспечивает заполнение средней части топочного объема в первой полутопке, а пара "нижняя горелка 16 воздушное сопло 15" заполняет нижнюю часть этой же полутопки. Во второй полутопке среднюю часть топочного объема заполняет пара "верхняя горелка 19 сопло 18", а нижнюю часть соответственно пара "нижняя горелка 17 сопло 20". Как уже упоминалось выше, использование такой топки определяется конструктивными особенностями конкретной котельной установки электростанции. The operation of the furnace, shown in figure 3, is carried out in the same way as described above. The pair “upper burner 13 air nozzle 14” provides filling of the middle part of the furnace volume in the first half-burner, and the pair “lower burner 16 air nozzle 15” fills the lower part of the same half-burner. In the second half-burner, the middle part of the furnace volume is filled with the “upper burner 19 nozzle 18” pair, and the lower part, respectively, the “lower burner 17 nozzle 20” pair. As mentioned above, the use of such a furnace is determined by the design features of a particular boiler plant of a power plant.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность регулированной подачи воздуха в различные зоны топки, тем самым обеспечивая снижение содержания "топливных" окислов азота, и одновременно, благодаря равномерному заполнению факелом топочного объема и снижению максимальной температуры горения, позволяет уменьшить суммарное количество окислов азота за счет доли "термических" окислов. Thus, the proposed device provides the possibility of a regulated air supply to various zones of the furnace, thereby reducing the content of "fuel" nitrogen oxides, and at the same time, due to the uniform filling of the furnace volume with the torch and lowering the maximum combustion temperature, it allows to reduce the total amount of nitrogen oxides due to the fraction "thermal" oxides.

Claims

1. Vortex furnace with solid slag removal, containing a vertical combustion chamber with an upper burner directed downward mounted on its front wall, with a prismatic cold funnel having a slotted mouth formed by slopes of the walls of the lower part of the combustion chamber, and a lower burner for supplying air-fuel mixture in the combustion chamber located under the mouth of the cold funnel, characterized in that the longitudinal axes of the upper and lower burners are placed in different vertical planes, and the furnace is equipped with additional nozzles and air supply, one of which is placed on the front wall of the combustion chamber and is directed downward, and the other taken at the mouth of the ash hopper, wherein the longitudinal axis of each burner nozzle pairs disposed in respective vertical planes.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that at least two pairs of the nozzle burner are placed in each half-burner, the nozzles and the burner being staggered.

3. The furnace according to claim 1, characterized in that the pairs of the nozzle burner are located in different half-tubes symmetrically with respect to the vertical axis of the combustion chamber.