RU2126932C1

RU2126932C1 - Swirling-type furnace

Info

Publication number: RU2126932C1
Application number: RU96115765A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Пузырев; В.П. Шуренко; Ф.В. Щербаков
Original assignee: Научно-исследовательский и проектно-конструкторский центр ПО "Бийскэнергомаш"
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1999-02-27

Abstract

FIELD: burning solid fuels, mainly milled peat, wood and vegetable wastes; industrial boilers. SUBSTANCE: swirling-type furnace has vortex combustion chamber with gas exhaust port, tangential nozzles, additional grate or ash discharge hole. Vortex combustion chamber is mounted vertically; its bottom is inclined at angle of 10 to 50 deg relative to afterburner grate; at least one tangential port is located above afterburner grate in lower section of vortex combustion chamber. Additional gas exhaust port is formed by row of cooled tubes laid on upper end surface of vortex combustion chamber. Above raised side of bottom the knuckle of gas exhaust port is increased and/or baffling projections is provided under it. EFFECT: simplified construction; facilitated manufacture; enhanced operational reliability of furnace at reduced dimensions of vortex chamber by at least two times. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к организации сжигания твердого топлива, преимущественно фрезерного торфа, древесных и растительных отходов, и может использоваться в промышленных котлах. The invention relates to the organization of the combustion of solid fuels, mainly milled peat, wood and vegetable waste, and can be used in industrial boilers.

Известна вихревая топка ЦКТИ системы Шершнева [1], содержащая вихревую камеру сгорания с горизонтальной осью вихря и имеющую тангенциальные сопла дутья, дожигательную решетку и расположенное по всей длине вихревой камеры боковое газовыпускное окно. Топка предназначена для сжигания во взвешенном состоянии в вихревом потоке фрезерного торфа и древесных опилок под котлами с паропроизводительностью 2,5 - 25 тонн пара в час. Known vortex furnace CCTI of the Shershnev system [1], containing a vortex combustion chamber with a horizontal axis of the vortex and having tangential blast nozzles, an afterburner and a side gas outlet located along the entire length of the vortex chamber. The furnace is designed for suspended combustion in a swirling flow of milled peat and sawdust under boilers with a steam capacity of 2.5 - 25 tons of steam per hour.

Недостатками этой топки являются:
- сложная и ненадежная конструкция перекрытий верхней части топки и над дожигательной решеткой, выполняемых кирпичной кладкой;
- большие потери с выносом мелких частиц топлива.The disadvantages of this firebox are:
- a complex and unreliable design of the ceilings of the upper part of the furnace and above the afterburner, performed by masonry;
- large losses with the removal of small particles of fuel.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является вихревая топка [2] , содержащая вихревую камеру сгорания с тангенциальными соплами дутья и горизонтальным цилиндрическим участком, который содержит опускную шахту для подвода топлива, дожигательную решетку и переходит в подъемный, расположенный под углом 40 - 60^o цилиндрический участок с газовыпускным окном. Диаметр газовыпускного окна равен 0,5 - 0,7 диаметра вихревой камеры, и этим обеспечивается хорошее удержание в топке мелких частиц топлива и выжигание из них горючих в потоке воздуха, который поступает через тангенциальные сопла дутья.Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed device, selected as a prototype, is a vortex furnace [2], containing a vortex combustion chamber with tangential blast nozzles and a horizontal cylindrical section, which contains a lowering shaft for supplying fuel, afterburning grate and goes in the lifting, located at an angle of 40 - 60 ^o cylindrical section with a gas outlet. The diameter of the gas outlet is equal to 0.5 - 0.7 of the diameter of the vortex chamber, and this ensures good retention of small particles of fuel in the furnace and burning of combustible particles in the air stream, which enters through the tangential blast nozzles.

Недостатками этой топки являются:
- сложность и ненадежность конструкции, так как технически трудно выполнить и обеспечить надежность работы арочного перекрытия цилиндрической камеры сгорания с горизонтальным и подъемным участками:
- большие габариты топки, состоящей из двух указанных участков.The disadvantages of this firebox are:
- the complexity and unreliability of the design, since it is technically difficult to perform and ensure the reliability of the arch overlap of the cylindrical combustion chamber with horizontal and lifting sections:
- large dimensions of the furnace, consisting of two of these sections.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности, снижение габаритов, упрощение конструкции и обеспечение технической возможности создания вихревой топки. The aim of the present invention is to increase reliability, reduce dimensions, simplify the design and provide technical feasibility of creating a swirl chamber.

Поставленная цель достигается тем, что в вихревой топке, содержащей вихревую камеру сгорания с газовыпускным окном, тангенциальными соплами и дожигательной решеткой или золовыпускным отверстием, по предлагаемому изобретению вихревая камера сгорания установлена вертикально, ее дно выполнено с наклоном под углом 10 - 50^o к дожигательной решетке, над которой в нижнем участке вихревой камеры расположено по крайней мере одно тангенциальное сопло.This goal is achieved in that in a vortex furnace containing a vortex combustion chamber with a gas outlet, tangential nozzles and an afterburner or ash outlet, according to the invention, the vortex combustion chamber is installed vertically, its bottom is inclined at an angle of 10 - 50 ^o to the afterburner over which at least one tangential nozzle is located in the lower section of the vortex chamber.

Предлагаемая вихревая камера при изготовлении, например, из кирпичной кладки благодаря наличию вертикальных стенок надежна по конструкции и технически просто выполнима. Ее габариты уменьшаются, так как для обеспечения требуемого удержания частиц в вертикальной топке за счет действия сил гравитации требуется наименьший продольный размер по сравнению с топками другой ориентации. The proposed swirl chamber in the manufacture of, for example, brickwork due to the presence of vertical walls is reliable in design and technically simple to do. Its dimensions are reduced, since to ensure the required retention of particles in a vertical furnace due to the action of gravitational forces, the smallest longitudinal size is required in comparison with fire chambers of a different orientation.

Дополнительно газовыпускное окно может быть образовано укладкой ряда охлаждаемых труб на верхний торец вихревой камеры сгорания. Это также упрощает конструкцию газовыпускного окна и соответственно топки, и ее надежность повышается. Additionally, the gas outlet can be formed by laying a number of chilled pipes on the upper end of the vortex combustion chamber. It also simplifies the design of the gas outlet and, accordingly, the furnace, and its reliability is improved.

Увеличение над поднятой стороной дна пережима газовыпускного окна и/или установка отбойного выступа позволяет дополнительно уменьшить высоту вихревой топки за счет лучшего удержания в ней частиц топлива. An increase over the raised side of the bottom of the pinch of the gas outlet window and / or the installation of the fender protrusion can further reduce the height of the vortex furnace due to better retention of fuel particles in it.

Известные вертикальные циклонные топки и предтопки [1, рис. 8-24; 8-23] с восходящим или нисходящим вихревым потоком дымовых газов работают в режиме жидкого шлакоудаления. В этих топках сжигается высококалорийное топливо, причем его частицы сепарируются и горят в стекающей пленке расплавленного шлака. Здесь нет необходимости в создании взвешенного вихревого потока частиц топлива, так как при столь высоких температурах (1700-1800^oC) частицы угля полностью выгорают даже в стекающей пленке шлака. Однако этот способ не пригоден при сжигании низкокалорийных топлив, а тем более торфа и растительных отходов.Known vertical cyclone furnaces and pre-furnaces [1, Fig. 8-24; 8-23] with an upward or downward vortex flue gas stream operate in the mode of liquid slag removal. In these furnaces, high-calorie fuel is burned, and its particles are separated and burned in the flowing film of molten slag. There is no need to create a weighted vortex flow of fuel particles, since at such high temperatures (1700-1800 ^o C), the coal particles completely burn out even in the flowing slag film. However, this method is not suitable for burning low-calorie fuels, and especially peat and plant waste.

Эти топки не могут рассматриваться в качестве аналогов и по той причине, что пленку жидкого шлака, которая легко растворяет и расплавляет обмуровку, можно удержать лишь выполняя камеру сгорания с водоохлаждаемыми трубами. Естественно, что для образованной водоохлаждаемыми трубами топки ориентация не играет принципиальной роли с точки зрения упрощения конструкции или повышения ее надежности. These furnaces cannot be considered as analogues and for the reason that a film of liquid slag, which easily dissolves and melts the lining, can only be retained by performing a combustion chamber with water-cooled pipes. Naturally, for a furnace formed by water-cooled pipes, orientation does not play a fundamental role in terms of simplifying the design or increasing its reliability.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез предлагаемой вихревой топки с увеличенным пережимом и отбойным выступом над поднятой стороной дна, а на фиг. 2 в варианте с перекрытием вихревой камеры сгорания рядом труб сверху. In FIG. 1 shows a vertical section of the proposed vortex furnace with an increased clamping and fender protrusion above the raised side of the bottom, and in FIG. 2 in the embodiment with the closure of the vortex combustion chamber near the pipes from above.

Вихревая топка содержит вихревую камеру сгорания, ограниченную с боков вертикальными стенками 2 с тангенциальными соплами 3, 4 дутья, снизу дном 7, установленным под углом 10 - 50^o к дожигательной решетке 5 или золовыпускному отверстию 6, сверху пережимом 8 с газовыпускным окном 9. Вертикальные стенки 2 выполняются, например, из кирпичной кладки. При этом вихревая топка технически легко выполнима, проста по конструкции и надежна в работе.The vortex furnace contains a vortex combustion chamber, limited laterally by vertical walls 2 with tangential nozzles 3, 4 of the blast, from the bottom to the bottom 7, installed at an angle of 10 - 50 ^o to the afterburning grate 5 or ash outlet 6, from above by pinch 8 with a gas outlet 9. Vertical walls 2 are made, for example, of masonry. At the same time, the swirl chamber is technically easy to do, simple in design and reliable in operation.

Конструкция вихревой топки дополнительно упрощается, а ее надежность повышается, если вихревая камера 1 сверху под пережимом 8 перекрывается рядом труб 10, например, котла, под которым установлена топка. The design of the vortex furnace is further simplified, and its reliability is increased if the vortex chamber 1 on top under pinch 8 is blocked by a number of pipes 10, for example, a boiler, under which the furnace is installed.

Следует отметить, что пережим 8 в этом случае может и не выполняться, так как набегающие частицы будут отражаться трубами 10 внутрь топки. It should be noted that pinch 8 in this case may not be performed, since incident particles will be reflected by pipes 10 into the furnace.

Пережим 8 над поднятой стороной дна 5 может быть увеличен, как показано на фиг. 1 и/или здесь под ним устанавливается дополнительно отбойный выступ 11. В совокупности с вертикальным расположением вихревой камеры 1, обеспечивающим максимальное воздействие сил гравитации на осаждение частиц, это обеспечивает эффективное удержание частиц в топке при малой высоте вихревой камеры 1, и, соответственно, снижаются габариты топки. The pinch 8 above the raised side of the bottom 5 can be increased, as shown in FIG. 1 and / or here under it an additional bump protrusion 11 is installed. Together with the vertical arrangement of the vortex chamber 1, which provides the maximum effect of gravitational forces on the deposition of particles, this ensures effective particle retention in the furnace at a low height of the vortex chamber 1, and, accordingly, decreases dimensions of the furnace.

Наклон дна 7 под углом 10 - 50^o обеспечивает скатывание частиц золы и топлива на дожигательную решетку 5 или к золовыпускному отверстию 6, а расположение над дожигательной решеткой 5 или золовыпускным отверстием 6 по крайней мере одного тангенциального сопла 4 позволяет создать устойчивое вихревое движение частиц в топке, в том числе и крупных.The inclination of the bottom 7 at an angle of 10 - 50 ^o ensures the rolling of ash and fuel particles onto the afterburning grate 5 or to the ash outlet 6, and the location above the afterburning grate 5 or ash outlet 6 of at least one tangential nozzle 4 allows creating a stable vortex motion of particles in the furnace , including large ones.

Кроме указанных элементов вихревая топка содержит необходимые для ее работы тягодутьевые машины, системы растопки, топливоподачи и др. In addition to these elements, the vortex furnace contains draft blowers necessary for its operation, kindling systems, fuel supply systems, etc.

Предлагаемая вихревая топка работает следующим образом. The proposed swirl furnace works as follows.

За счет подачи дутья через тангенциальные сопла 3, 4 в вихревой камере 1, ограниченной стенками 2, дном 7 и пережимом 8, организуется удержание и высокоэффективное сжигание частиц топлива, например, фрезерного торфа, древесных отходов во взвешенном состоянии в вихревом потоке. При этом пережим 8, ряды труб 10 и отбойный выступ 11 способствует удержанию частиц в вихревой камере 1 за счет их сепарации из потока дымовых газов, выходящих через газовыпускное окно 9. Наиболее крупные куски топлива дожигаются на дожигательной решетке 5. Due to the supply of blast through tangential nozzles 3, 4 in the vortex chamber 1, limited by the walls 2, bottom 7 and pinch 8, retention and highly efficient burning of fuel particles, for example, milled peat, wood waste in suspension in a vortex flow, is organized. At the same time, pinch 8, rows of pipes 10 and fender protrusion 11 helps to retain particles in the vortex chamber 1 due to their separation from the flue gas stream exiting through the exhaust window 9. The largest pieces of fuel are burned to the afterburner 5.

Устойчивое вихревое движение частиц золы и топлива обеспечивается за счет их скатывания по установленному с наклоном 10-50^o дну 7 к расположенному в нижем участке вихревой камеры 1 тангенциальному соплу 4. Нижнее значение угла наклона принято на основании того, что за счет аэродинамического воздействия вихревого потока можно обеспечить надежное скатывание частиц при углах наклона дна не менее 10^o. При меньших углах наклона, как показали холодные продувки, необходимо по крайней мере два - три тангенциальных сопла 4, расположенных внизу для вращения частиц в вихревом потоке, а это усложняет конструкцию топки.Stable vortex movement of ash and fuel particles is ensured by rolling along a bottom 7 installed with an inclination of 10-50 ^° to the tangential nozzle 4 located in the lower section of the vortex chamber 1. The lower angle is taken based on the fact that due to the aerodynamic effects of the vortex flow it is possible to ensure reliable rolling of particles at angles of inclination of the bottom of at least 10 ^o . At smaller tilt angles, as shown by cold purges, at least two to three tangential nozzles 4 are needed, located below for the rotation of particles in a vortex flow, and this complicates the design of the furnace.

С другой стороны, при углах наклона более 40 - 50^o любые частицы горящего топлива и золы сами ссыпаются к тангенциальному соплу 4 даже без аэродинамического воздействия, т.е. дальнейшее увеличение угла наклона не повышает устойчивость вихревого движения частиц.On the other hand, at tilt angles of more than 40 - 50 ^°, any particles of burning fuel and ash themselves are poured to the tangential nozzle 4 even without aerodynamic action, i.e. a further increase in the angle of inclination does not increase the stability of the vortex motion of particles.

Отмечая, что восходящий по дну вихревой поток стремится по инерции выбросить частицы в газовыпускное окно 9 и для их удержания с ростом угла наклона дна 7 требуется большая высота вертикального участка топки, т.е. габариты топки возрастают. Поэтому значение угла наклона в 50^o следует принять в качестве верхнего предела.Noting that the vortex flow ascending along the bottom tends to inertia throw particles into the gas outlet window 9 and to hold them with increasing angle of inclination of the bottom 7, a large height of the vertical section of the furnace is required, i.e. the dimensions of the furnace are increasing. Therefore, the angle of 50 ^o should be taken as the upper limit.

При переполнении топки зола и наиболее крупные куски недогоревшего топлива выводятся из вихревой камеры 1 через золовыпускное отверстие 6 или через открывающуюся секцию дожигательного колосника 5. When the furnace overflows, ash and the largest pieces of unburned fuel are removed from the vortex chamber 1 through the ash outlet 6 or through the opening section of the afterburner 5.

Использование предлагаемой вихревой топки по сравнению с прототипом [2] позволяет упростить конструкцию, облегчить техническую выполнимость и повысить надежность топки при одновременном снижении габаритов (продольного размера) вихревой камеры не менее, чем в два раза. Using the proposed vortex furnace compared to the prototype [2] allows to simplify the design, facilitate technical feasibility and increase the reliability of the furnace while reducing the dimensions (longitudinal size) of the vortex chamber by at least two times.

Использованная литература
1. Сидельковский Л. Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1978, рис. 8-25, с. 116.References
1. Sidelkovsky L.N., Yurenev V.N. Steam generators of industrial enterprises. - M .: Energy, 1978, Fig. 8-25, p. 116.

2. Патент РФ N 2015450, F 23 B 1/38, 30.06.94. 2. RF patent N 2015450, F 23 B 1/38, 06/30/94.

Claims

1. Vortex combustion chamber containing a vortex combustion chamber with a gas outlet, tangential nozzles, afterburner or gold outlet, characterized in that the vortex combustion chamber is installed vertically, its bottom is inclined at an angle of 10-50 ^o to the afterburner, over which at least one tangential nozzle is located in the lower section of the vortex combustion chamber.

2. A furnace according to claim 1, characterized in that the gas outlet window is formed by a series of chilled pipes laid on the upper end of the vortex combustion chamber.

3. The furnace according to claim 1, characterized in that over the raised side of the bottom the pinch of the gas outlet is increased and / or a bump protrusion is installed under it.