RU2072474C1

RU2072474C1 - Air fountain furnace

Info

Publication number: RU2072474C1
Application number: RU94037896A
Authority: RU
Inventors: К.А.А. Иорудас; А.И. Блохин; Ф.Е. Кенеман
Original assignee: Научно-технический центр "Экосорб" Ассоциации "Космонавтика - Человечеству"
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1997-01-27
Also published as: RU94037896A

Abstract

FIELD: fuel processing industry; thermal power stations. SUBSTANCE: furnace has ignition chamber provided with lateral fuel supply branch pipe and axial air blast supply branch pipe, vertical pipe coaxially mounted above ignition chamber and connected with it and combustion chamber provided with combustion product discharge branch pipe. Vertical pipe is arranged coaxially inside combustion chamber which is provided with heat exchange surface and devices for removal of unburnt particles of fuel located in lower portion of combustion chamber and connected with ignition chamber. Hot particles of fuel to be burnt and preheated air are fed to ignition chamber. Ignited gas suspension is blown into combustion chamber through vertical pipe. larger particles from flow of gas suspension settle over near-wall of combustion chamber and are cooled due to contact with heat exchange surfaces. Cooled particles are removed from combustion chamber and are returned to ignition chamber. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжигания высокозольных топлив в фонтанирующем слое и может быть использовано в топливоперерабатывающей промышленности и на тепловых электростанциях. The invention relates to devices for burning high-ash fuels in a gushing layer and can be used in the fuel processing industry and in thermal power plants.

Известна аэрофонтанная топка, содержащая камеру сгорания и соединенную с ней разгонную камеру с нижним осевым вводом воздуха и боковым вводом топлива (авт. св. СССР N 754163, кл. F 23 C 11/09, 1977). Недостатком этого устройства является пониженная экономичность вследствие неполного сгорания наиболее мелких частиц. Другим недостатком этого устройства является то обстоятельство, что в топке отсутствуют теплообменные поверхности и температуру в камере сгорания регулируют бъемом вдуваемого воздушного дутья, т.е. для поддержания в камере сгорания температуры ниже температуры размягчения золы необходимо сжигать топливо при стехиометрическом недостатке воздушного дутья (α<1), что также увеличивает механическую и химическую неполноту сгорания топлива. A well-known airborne fire chamber containing a combustion chamber and a booster chamber connected to it with a lower axial air inlet and side fuel inlet (ed. St. USSR N 754163, class F 23 C 11/09, 1977). The disadvantage of this device is the reduced efficiency due to incomplete combustion of the smallest particles. Another disadvantage of this device is the fact that there are no heat exchange surfaces in the furnace and the temperature in the combustion chamber is controlled by the amount of blowing air blast, i.e. To maintain the temperature in the combustion chamber below the ash softening temperature, it is necessary to burn fuel with a stoichiometric lack of air blast (α <1), which also increases the mechanical and chemical incompleteness of fuel combustion.

Наиболее близким к заявленному устройству по сути и достигаемому результату является аэрофонтанная топка, содержащая последовательно соосно соединенные камеру воспламенения, снабженную боковым патрубком для подвода топлива и осевым патрубком для подвода воздушного дутья, вертикальную трубу и камеру сгорания, снабженную патрубком для вывода продуктов сгорания (см. авт.св. N 1015183от 24.12.81 кл. F 23 C 11/02). The closest to the claimed device in essence and the achieved result is an aero-fountain burner containing a sequentially coaxially connected ignition chamber, equipped with a side pipe for supplying fuel and an axial pipe for supplying air blast, a vertical pipe and a combustion chamber equipped with a pipe for removing combustion products (see Autos St. N 1015183 from 12.24.81 class. F 23 C 11/02).

Основным недостатком этой топки также является то обстоятельство, что в топке отсутствует теплосъемные поверхности и температура в камере сгорания поддерживается на заданном уровне объемом подаваемого воздуха, т.е. топка работает при α<1 и характеризуется увеличенной механической и химической неполнотой сгорания топлива. The main disadvantage of this furnace is also the fact that there are no heat-removing surfaces in the furnace and the temperature in the combustion chamber is maintained at a predetermined level by the volume of supplied air, i.e. the furnace operates at α <1 and is characterized by increased mechanical and chemical incompleteness of fuel combustion.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности сгорания высокозольных топлив за счет уменьшения неполноты сгорания его при заданной температуре в камере сгорания. Регулирование температуры в камере сгорания путем охлаждения несгоревших частиц топлива и возврата их в камеру воспламенения позволяет достичь минимальной химической и механической неполноты сгорания высокозольных топлив и уменьшить загрязнение окружающей среды продуктами неполного окисления. The present invention is aimed at improving the combustion efficiency of high ash fuels by reducing the incompleteness of its combustion at a given temperature in the combustion chamber. Temperature control in the combustion chamber by cooling unburned fuel particles and returning them to the ignition chamber allows to achieve minimal chemical and mechanical incompleteness of combustion of high-ash fuels and reduce environmental pollution by products of incomplete oxidation.

Указанные технические результаты могут быть получены за счет того, что аэрофонтанной топке, содержащей камеру воспламенения, снабженную боковым патрубком для подвода топлива и осевым патрубком для подвода воздушного дутья, вертикальную трубу, соосно установленную над камерой воспламенения и соединенную с ней, и камеру сгорания, снабженную патрубком для вывода продуктов сгорания, вертикальная труба расположена коаксиально внутри камеры сгорания, а последняя снабжена теплообменными поверхностями и средствами для вывода несгоревших частиц топлива, расположенными в нижней части камеры сгорания и соединенными с камерой воспламенения. These technical results can be obtained due to the fact that the aero-firing furnace containing the ignition chamber, equipped with a side pipe for supplying fuel and an axial pipe for supplying air blast, a vertical pipe coaxially mounted above the ignition chamber and connected to it, and a combustion chamber equipped with a pipe for the output of combustion products, the vertical pipe is located coaxially inside the combustion chamber, and the latter is equipped with heat-exchange surfaces and means for the output of unburned parts fuel cells located at the bottom of the combustion chamber and connected to the ignition chamber.

Размещение вертикальной трубы коаксиально внутри камеры сгорания позволяет в несколько раз увеличить объем камеры сгорания, сохраняя оптимальные аэродинамические характеристики потока газовзвеси в ней. Placing the vertical pipe coaxially inside the combustion chamber allows several times to increase the volume of the combustion chamber, while maintaining the optimal aerodynamic characteristics of the gas suspension flow in it.

В кольцевом пространстве, образованном стенками камеры сгорания и вертикальной трубой, оседают несгоревшие частицы топлива и этот объем заполняется сыпучим слоем указанного материала. Кольцевой объем, заполненный слоем нагретого сыпучего материала, является наиболее благоприятным местом для установки теплообменных поверхностей. Установка этих поверхностей в объеме камеры сгорания, заполненном газовзвесью недопустимо, т.к. нарушается аэродинамика и горение топлива в аэрофонтане. Возможно только экранирование внешних стен камеры сгорания теплообменными поверхностями, но это недостаточно, так как такие экраны составляют не более 10% от требуемой площади теплообменных поверхностей для снятия избыточного тепла, генерируемого в аэрофонтанной топке при условии, что горение в ней осуществляется при α≥1. Только размещение теплообменных поверхностей в указанном кольцевом объеме, заполненном сыпучим слоем нагретых частиц сжигаемого топлива, позволяет без нарушения аэродинамики фонтанирующего слоя снять все избыточное тепло, выделяемое при сжигании топлива в аэрофонтанной топке. In the annular space formed by the walls of the combustion chamber and the vertical pipe, unburned fuel particles settle and this volume is filled with a loose layer of the specified material. An annular volume filled with a layer of heated bulk material is the most favorable place for installing heat exchange surfaces. Installation of these surfaces in the volume of the combustion chamber filled with gas suspension is unacceptable, because aerodynamics and fuel combustion in the air fountain are disturbed. It is only possible to shield the external walls of the combustion chamber by heat-exchange surfaces, but this is not enough, since such screens make up no more than 10% of the required area of heat-exchange surfaces to remove the excess heat generated in the air-fired furnace, provided that it burns at α≥1. Only the placement of heat-exchange surfaces in the indicated annular volume filled with a loose layer of heated particles of combusted fuel allows all excess heat generated when burning fuel in an air-fired furnace to be removed without disturbing the aerodynamics of the flowing layer.

Возврат в камеру воспламенения охлажденных частиц сжигаемого топлива позволяет поддержать в зоне горения заранее заданную температуру в пределах 650-950^oC при оптимальном соотношении топливо-воздух α=1÷1,05 и достичь резкого сокращения химической и механической неполноты сгорания высокозольных топлив в аэрофонтанной топке. Одновременно резко сокращается содержание сульфидной серы в золе (с 1,5 1,8% до 0,1 0,3%), что позволяет эту золу без дополнительной обработки использовать в сельском хозяйстве в качестве мелиоранта.The return to the ignition chamber of the cooled particles of combusted fuel allows you to maintain a predetermined temperature in the combustion zone in the range of 650-950 ^o C with an optimal fuel-air ratio α = 1 ÷ 1.05 and achieve a sharp reduction in the chemical and mechanical incompleteness of combustion of high-ash fuels in an aero-fountain . At the same time, the content of sulfide sulfur in the ash is sharply reduced (from 1.5 1.8% to 0.1 0.3%), which allows this ash to be used in agriculture as an ameliorant without additional processing.

Снижение механической и химической неполноты сгорания топлива в аэрофонтанной топке уменьшает загрязнение окружающей среды вредными выбросами, а утилизация избыточного физического тепла путем охлаждения в нижней части камеры сгорания несгоревших частиц сжигаемого топлива позволяет не только вырабатывать технологический пар высоких параметров, но и поднять коэффициент полезного действия всей установки с 75-78% до 85-92% на которой эта аэрофонтанная топка используется. Reducing the mechanical and chemical incompleteness of fuel combustion in an aero-fountain furnace reduces environmental pollution by harmful emissions, and the utilization of excess physical heat by cooling unburned particles of combusted fuel in the lower part of the combustion chamber allows not only to produce process steam of high parameters, but also to increase the efficiency of the entire installation from 75-78% to 85-92% on which this airborne firebox is used.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны два варианта конструкции предлагаемой аэрофонтанной топки. In FIG. 1 and FIG. 2 shows two design options of the proposed airborne firebox.

Топка содержит камеру воспламенения 1, снабженную патрубками для подвода топлива 2 и патрубком для подачи воздушного дутья 3, вертикальную трубу 4, соосно расположенную над камерой воспламенения 1 и соединенную с ней, камеру сгорания 5 с коаксиально расположенной внутри нее вертикальной трубой 5 и снабженной теплообменными поверхностями 6, патрубком для вывода продуктов горения 7 и средствами 8 для вывода несгоревших частиц топлива. Средства 8 для вывода несгоревших частиц топлива расположены в нижней части камеры сгорания 5 и соединены с камерой воспламенения 1. The furnace contains an ignition chamber 1, equipped with nozzles for supplying fuel 2 and a nozzle for supplying air blast 3, a vertical pipe 4, coaxially located above the ignition chamber 1 and connected to it, a combustion chamber 5 with a vertical pipe 5 coaxially located inside it and provided with heat exchange surfaces 6, a pipe for outputting combustion products 7 and means 8 for outputting unburned fuel particles. Means 8 for outputting unburned fuel particles are located in the lower part of the combustion chamber 5 and are connected to the ignition chamber 1.

Аэрофонтанная топка работает следующим образом. Через патрубок 2 в камеру воспламенения 1 подают горячие с температурой 400-600^oС частицы сжигаемого топлива, а через патрубок 3 вдувают подогретый воздух. В камере воспламенения 1 топливо и воздушное дутье перемешиваются и начинается окисление горючей массы частиц топлива. Воспламененную газовзвесь по вертикальной трубе 4 вдувают в камеру сгорания 5, где процессы горения завершаются. Из потока газовзвеси наиболее крупные частицы топлива отбрасываются к стенкам камеры сгорания 5, и по пристенной области оседают вниз.Aero fountain firebox works as follows. Hot particles with a temperature of 400-600 ^{° C.} are fed through the nozzle 2 into the ignition chamber 1, and heated air is blown through the nozzle 3. In the ignition chamber 1 fuel and air blast are mixed and the oxidation of the combustible mass of fuel particles begins. An ignited gas suspension through a vertical pipe 4 is blown into the combustion chamber 5, where the combustion processes are completed. From the gas suspension stream, the largest fuel particles are discarded to the walls of the combustion chamber 5, and are deposited down the wall region.

По мере продвижения частицы несгоревшего топлива охлаждаются за счет контакта с теплообменными поверхностями. Охлажденные частицы выводят из камеры сгорания 5 специальными средствами 8 для вывода твердого материала и возвращают их в камеру воспламенения 1. Так процесс повторяется пока частица топлива полностью не сгорает. As they move, unburned fuel particles are cooled by contact with heat-exchange surfaces. The cooled particles are removed from the combustion chamber 5 by special means 8 for removing solid material and returned to the ignition chamber 1. Thus, the process is repeated until the fuel particle completely burns out.

Claims

Aerial firing chamber containing an ignition chamber equipped with a side nozzle for supplying fuel and an axial nozzle for supplying air blast, a vertical pipe coaxially mounted above the ignition chamber and connected to it, and a combustion chamber equipped with a nozzle for outputting combustion products, characterized in that the vertical the pipe is located coaxially inside the combustion chamber, the latter is equipped with heat-exchange screens located along its entire inner surface, and means with a system of regulated air the gates of unburned fuel particles located in the lower part of the combustion chamber and connected to the ignition chamber.