RU2132016C1

RU2132016C1 - Swirling-type low-temperature furnace

Info

Publication number: RU2132016C1
Application number: RU97116558A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Пузырев; Г.Н. Лихачева; А.А. Скрябин
Original assignee: Научно-исследовательский и проектно-конструкторский центр Производственного объединения "Бийскэнергомаш"
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 1999-06-20

Abstract

FIELD: organization of fuel combustion in furnaces of industrial and power boilers. SUBSTANCE: furnace 1 that has downward inclined direct- flow burners 5 mounted on front waterwall 2 made in the form of pulverized fuel mixture ducts 9, and undergrate-blast nozzles 6 installed in opposition under bottom bend of rear waterwall 3 is provided, in addition, with secondary-blast nozzles 7 mounted in upper part of burners 5. Fuel and air are mixed up in optimal proportion in upper portion of jet immediately upon its exit from burners 5 and in its lower portion after it turns on rear water wall 3 of furnace 1 and starts flowing together with water jet at bottom. Deep burnout of fuel combustion products is ensured at low amount of excess air. Burners 5 may be elongated through height and secondary-blast nozzles 7 may be mounted in center of upper part of pulverized-fuel mixture duct 9 which augments ignition of fuel- enriched jet. Fuel and mixture are uniformly shared which eliminates disturbances in heat transfer. EFFECT: improved economic efficiency of furnace. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к организации камерного сжигания топлива и может использоваться в промышленных и энергетических котлах. The invention relates to the organization of chamber combustion of fuel and can be used in industrial and energy boilers.

Известна широко применяемая в энергетике камерная топка с угловым расположением пылеугольных или газомазутных горелок [1, фиг. 10, 11]. При этом могут использоваться простые по конструкции щелевые горелки. В топке создается вихрь с вертикальной осью вращения, обеспечивающий хорошее выжигание горючих и устойчивое воспламенение. Known widely used in energy chamber furnace with an angular arrangement of pulverized coal or gas oil burners [1, Fig. 10, 11]. In this case, slotted burners with a simple construction can be used. A vortex with a vertical axis of rotation is created in the furnace, providing good burning of combustibles and stable ignition.

Недостатками такой топки являются:
- сложная система разводки трактов подачи топлива и дутья, так как их нужно раздавать с резервированием трактов по всему периметру топки;
- недостаточное использование нижней части экранов топки, так как факелы горелок расположены в верхней ее части, то, соответственно, для обеспечения требуемого уровня температур на выходе из топки требуется увеличение ее размеров.The disadvantages of such a furnace are:
- a complex system of wiring the fuel and blast supply paths, since they need to be distributed with redundant paths along the entire perimeter of the furnace;
- insufficient use of the lower part of the furnace screens, since torch torches are located in its upper part, respectively, to ensure the required temperature level at the outlet of the furnace, an increase in its size is required.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, выбранным в качестве прототипа, является низкотемпературная вихревая топка [2, рис.22], содержащая расположенные с наклоном вниз на фронтовом экране прямоточные горелки и установленные встречно под нижним гибом заднего экрана сопла нижнего дутья. Струи горелок и нижнего дутья, действуя в паре, создают вихрь, заполняющий холодную воронку топки. При этом нижняя часть экранов топки включается в активный теплообмен, и температура топочного процесса снижается. Благодаря более низкой температуре топочного процесса снижается эмиссия вредных оксидов азота, повышается естественное серопоглощение золой топлива, уменьшается возгонка золы и шлакование топочных экранов. Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed device, selected as a prototype, is a low-temperature vortex furnace [2, Fig. 22], containing direct-flow burners located with an inclination downward on the front screen and installed opposite the lower bend of the rear screen of the lower nozzle blast. The jets of the burners and the lower blast, acting in pairs, create a vortex that fills the cold funnel of the furnace. In this case, the lower part of the furnace screens is included in the active heat transfer, and the temperature of the furnace process decreases. Due to the lower temperature of the firing process, the emission of harmful nitrogen oxides is reduced, the natural sulfur absorption of fuel ash is increased, sublimation of ash and slagging of the furnace screens are reduced.

Недостатками прототипа являются:
- низкая экономичность, связанная с большим механическим недожогом топлива и повышенными избытками воздуха, так как в топке при введении нижнего дутья не организовано равномерное перераспределение топлива и воздуха;
- низкая надежность, так как, хотя топка и допускает сильное загрубление помола, но работа котла на одной мельнице или горелке не возможна из-за появления больших перекосов по тепловыделению в топке.The disadvantages of the prototype are:
- low efficiency associated with a large mechanical underburning of the fuel and increased excess air, since the uniform redistribution of fuel and air is not organized in the furnace with the introduction of lower blast;
- low reliability, because, although the furnace allows a strong coarsening of the grinding, the operation of the boiler in one mill or burner is not possible due to the appearance of large distortions in heat generation in the furnace.

Целью настоящего изобретения является повышение экономичности и надежности работы топки. The aim of the present invention is to increase the efficiency and reliability of the furnace.

Поставленная цель достигается тем, что в низкотемпературной вихревой топке, содержащей расположенные с наклоном вниз на фронтовом экране прямоточные горелки, выполненные в виде каналов пылеугольной смеси, и установленные встречно под нижним гибом заднего экрана сопла нижнего дутья, по предлагаемому изобретению в верхней части горелок расположены сопла вторичного дутья. This goal is achieved by the fact that in a low-temperature vortex furnace containing straight-through burners arranged with channels of pulverized-coal mixture arranged with an inclination downward on the front screen and installed opposite the lower bend of the rear screen of the lower blast nozzle, according to the invention, there are nozzles in the upper part of the burners secondary blast.

Дополнительно горелки могут быть выполнены вытянутыми по высоте, а сопла вторичного дутья располагаться посередине в верхней части каналов пылеугольной смеси. In addition, the burners can be made elongated in height, and the secondary blast nozzles are located in the middle in the upper part of the pulverized coal channels.

Сопла вторичного дутья также могут быть выполнены перекрывающими каналы пылеугольной смеси сверху, например, имеющими T-образную форму. Secondary blast nozzles can also be made covering the channels of the pulverized coal mixture from above, for example, having a T-shape.

Кроме того, горелки могут устанавливаться группами по меньшей мере из двух горелок на каждую мельницу с ориентацией факелов под корни факелов собственной и соседних групп горелок. In addition, burners can be installed in groups of at least two burners per mill with the orientation of the torches under the roots of the torches of their own and neighboring groups of burners.

При установке сопел вторичного дутья в верхней части горелок топливо и воздух смешиваются в оптимальной пропорции в верхней части струи сразу при выходе из горелок, а в нижней части струи после ее разворота по заднему экрану топки и слияния со струей нижнего дутья. Соответственно глубокое выжигание горючих из топлива обеспечивается при низких избытках воздуха и этим определяется высокая экономичность топки. When installing secondary blast nozzles in the upper part of the burners, fuel and air are mixed in the optimal proportion in the upper part of the jet immediately upon exiting the burners, and in the lower part of the stream after it is turned around the back screen of the furnace and merged with the lower blast stream. Correspondingly, deep burning of fuels from fuel is ensured at low excess air and this determines the high efficiency of the furnace.

При выполнении горелок вытянутыми по высоте с соплами вторичного дутья, расположенными по середине в верхней части каналов пылеугольной смеси, экономичность повышается за счет более быстрого воспламенения обогащенной топливом струи. When performing burners elongated in height with secondary blast nozzles located in the middle in the upper part of the pulverized-coal mixture channels, profitability is increased due to faster ignition of the fuel-rich jet.

Выполнение сопел вторичного дутья перекрывающими сверху каналы пылеугольной смеси, например, T-образной формы дополнительно повысит экономичность топки благодаря снижению выноса топлива из струи восходящим потоком. The implementation of the secondary blast nozzles blocking from above the channels of the pulverized-coal mixture, for example, of a T-shape, will further increase the efficiency of the furnace by reducing the upward flow of fuel from the jet.

Установка горелок по меньшей мере из двух горелок на каждую мельницу с ориентацией факелов под корни факелов собственной и соседних групп горелок повысит надежность топки, так как это позволит не приостанавливать работу топки при отключении одной или нескольких из работающих мельниц, легко маневрировать их работой: включать и останавливать. The installation of burners of at least two burners on each mill with the orientation of the torches under the roots of the torches of their own and neighboring groups of burners will increase the reliability of the furnace, since this will not stop the operation of the furnace when one or several of the working mills are turned off, it is easy to maneuver them with work: turn on and stop.

На фиг. 1 показано вертикальное A-A; на фиг. 2 - горизонтальное Б-Б сечения предлагаемой низкотемпературной вихревой топки котла; на фиг. 3, 4 изображены виды В вариантов выполнения сопел вторичного дутья в горелках. In FIG. 1 shows a vertical A-A; in FIG. 2 - horizontal BB section of the proposed low-temperature swirl furnace of the boiler; in FIG. 3, 4 show views of In embodiments of secondary blast nozzles in burners.

Низкотемпературная вихревая топка 1 образована фронтовым 2, задним 3 и боковыми 4 экранами котла. На фронтовом экране 2 расположены с наклоном вниз прямоточные горелки 5, а под нижним гибом заднего экрана 3 сопла 6 нижнего дутья. Прямоточные горелки 5 имеют в верхней своей части сопла 7 вторичного дутья, подключенные к воздуховоду 8, и каналы 9 пылеугольной смеси, подключенные к мельницам 10. Подключение по воздуху осуществляется шиберами 11, а по пылеугольной смеси шиберами 12. Горелки 5 могут выполняться вытянутыми по высоте с соплами 7 вторичного дутья, расположенными по середине в верхней части горелки 5 (фиг.3), или с соплами 7 вторичного дутья, например, T-образной формы, перекрывающими канал 9 пылеугольной смеси сверху (фиг.4). The low-temperature vortex furnace 1 is formed by the front 2, rear 3 and side 4 screens of the boiler. On the front screen 2, downstream burners 5 are located with an inclination downward, and nozzles 6 of the lower blast are located under the lower bend of the rear screen 3. Direct-flow burners 5 have in their upper part nozzles 7 of secondary blast connected to the duct 8 and channels 9 of the pulverized coal mixture connected to the mills 10. The air connection is made by gates 11, and by the pulverized coal mixture by gates 12. The burners 5 can be elongated with nozzles 7 of the secondary blast located in the middle in the upper part of the burner 5 (FIG. 3), or with nozzles 7 of the secondary blast, for example, of a T-shape, overlapping the channel 9 of the pulverized coal mixture from above (FIG. 4).

При показанной на фиг.1 установке горелок 5 с соплами 7 вторичного дутья и сопел 6 нижнего дутья в топке 1 формируется характерная картина аэродинамики [2, рис. 22, 23]. Вверх от экрана 3 отражается и уходит поток 13, который формируется из вторичного дутья через сопла 7 и доли пылеугольной смеси, проходящей в каналах 9 выше условной разделительной поверхности 14. Остальная часть потока пылеугольной смеси движется ниже поверхности 14, сливается с потоком нижнего дутья из сопел 6 и формирует вихрь 15 и пристенный поток 16. With the installation of burners 5 with nozzles 7 of the secondary blast and nozzles 6 of the lower blast shown in FIG. 1, a characteristic pattern of aerodynamics is formed in the furnace 1 [2, Fig. 22, 23]. Upward from the screen 3 is reflected and leaves the stream 13, which is formed from the secondary blast through the nozzle 7 and the fraction of the pulverized coal passing in the channels 9 above the conditional dividing surface 14. The rest of the pulverized coal stream moves below the surface 14, merges with the stream of lower blast from the nozzles 6 and forms a vortex 15 and a wall flow 16.

Разделение сечения горелки по потокам пылеугольной смеси, т.е. положение условной поверхности 14 в канале 9 (фиг.3, 4), определяется прежде всего углом натекания потока пылеугольной смеси на задний экран 3. Соответственно, выбирая угол установки горелок 5, можно распределить поток пылеугольной смеси пропорционально заданным долям вторичного и нижнего дутья. Для формирования достаточно интенсивного вихря 15 и хорошего заполнения объема топки 1 вдоль фронтового экрана 2 и в верхнем углу доля нижнего дутья должна ориентировочно составлять на 10 - 30% больше доли вторичного дутья. Separation of the burner cross-section by pulverized-coal mixture streams, i.e. the position of the conditional surface 14 in the channel 9 (Figs. 3, 4) is determined primarily by the angle of the flow of the pulverized coal mixture onto the rear screen 3. Accordingly, by choosing the angle of installation of the burners 5, it is possible to distribute the pulverized coal mixture in proportion to the specified fractions of the secondary and lower blast. For the formation of a sufficiently intense vortex 15 and a good filling of the volume of the furnace 1 along the front screen 2 and in the upper corner, the fraction of the lower blast should be approximately 10 - 30% more than the fraction of the secondary blast.

Горелки 5 могут устанавливаться группами по меньшей мере из двух горелок на каждую мельницу 10. При этом они ориентированы своими факелами, как указано стрелками 17 на фиг. 2, под корни факелов собственной и соседних горелок. По две горелки устанавливают на крайних мельницах или при использовании двух мельниц, По три горелки устанавливают на средних мельницах, если их количество больше двух. При этом в топке применяется наиболее надежная и простая схема фронтовой компоновки всех мельниц. Burners 5 can be installed in groups of at least two burners per mill 10. Moreover, they are oriented by their torches, as indicated by arrows 17 in FIG. 2, under the roots of the torches of their own and neighboring burners. Two burners are installed in the extreme mills or when using two mills. Three burners are installed in the middle mills, if their number is more than two. At the same time, the most reliable and simple scheme of the front layout of all mills is used in the furnace.

Топка и собственно котел содержат и другие необходимые элементы и вспомогательное оборудование: вентилятор 18, воздухоподогреватель 19, бункер 20 угля, питатель 21 угля, патрубок 22 подачи дутья в мельницу и т.д. The furnace and the boiler itself contain other necessary elements and auxiliary equipment: a fan 18, an air heater 19, a coal bunker 20, a coal feeder 21, a pipe 22 for supplying blast to the mill, etc.

Предлагаемая низкотемпературная вихревая топка работает следующим образом. The proposed low-temperature vortex furnace works as follows.

Уголь из бункера 20 питателем 21 дозируется в мельницу 10, где подсушивается и размалывается. Угольная пыль выносится через шибера 12 и каналы 9 в топку 1 потоком дутья, поступающим в мельницу 10 от вентилятора 18 через воздухоподогреватель 19 и патрубок 22. В топке 1 потоки пылеугольной смеси, истекающие из каналов 9 движутся по траекториям 13, 15, 16, 17, смешиваются с потоками вторичного и нижнего дутья, поступающими из воздуховодов 8 через шибера 11 по соплам 7 вторичного и нижнего 6 дутья, воспламеняются и выгорают. При этом вторичный воздух и часть пылеугольной смеси в соответствии с углом установки горелок 5 проходят выше условной разделительной поверхности 14. Этот поток отражается задним экраном 3 и уходит вверх по траектории 13. Другая часть соответственно по траектории 16 уходит вниз и совместно с нижним дутьем из сопел 6 формирует в холодной воронке топки 1 вихрь 15. Coal from the hopper 20 by the feeder 21 is dosed into the mill 10, where it is dried and milled. Coal dust is carried out through the gate 12 and channels 9 into the furnace 1 by the blast flow entering the mill 10 from the fan 18 through the air heater 19 and the nozzle 22. In the furnace 1, the dust-coal mixture flows flowing from the channels 9 move along the paths 13, 15, 16, 17 are mixed with the flows of the secondary and lower blast coming from the air ducts 8 through the gate 11 through the nozzles 7 of the secondary and lower 6 blast, ignite and burn out. In this case, the secondary air and part of the coal-dust mixture in accordance with the installation angle of the burners 5 pass above the conditional dividing surface 14. This flow is reflected by the rear screen 3 and goes up along the path 13. The other part, respectively, along the path 16 goes down and together with the lower blast from the nozzles 6 forms a vortex 15 in the cold funnel of the furnace 1.

С учетом того, что под действием силы тяжести пыль просыпается вниз, а струи потоками могут отклоняться, доля топлива, выгорающая внизу, может отличаться от расчетной. Соответственно доля добавочного воздуха, поступающая через сопла 6, 7 нижнего и вторичного дутья корректируется с помощью шиберов 11. Given that, under the influence of gravity, the dust wakes up and the streams may deviate in streams, the fraction of fuel burning out below may differ from the calculated one. Accordingly, the proportion of additional air entering through the nozzles 6, 7 of the lower and secondary blast is adjusted using gates 11.

Таким образом, предлагаемое применение сопел 7 вторичного воздуха и их расположение в верхней части горелок 5 позволяет регулировать и поддерживать оптимальные избытки воздуха в верхнем потоке 13. Этим обеспечивается глубокое с оптимальными избытками воздуха выжигание горючих из топлива во всей топке, т.е. ее высокая экономичность. Thus, the proposed use of secondary air nozzles 7 and their location in the upper part of the burners 5 makes it possible to regulate and maintain optimal excess air in the upper stream 13. This ensures a deep burning with optimal excess air of combustible fuel from the entire furnace, i.e. its high profitability.

При использовании вытянутых по высоте горелок 5 с установкой сопел 7 вторичного дутья по середине их верхней части (фиг.3) формируются узкие струи, которые меньше подвержены сносу и отклонению восходящим по фронтовому экрану 2 потоком 16. Так как внешний периметр пылеугольной струи, т.е. площадь контактирования с топочными газами и внутренний периметр, т.е. площадь перемешивания с потоком вторичного дутья, в этом случае повышаются, то возрастает скорость воспламенения и выгорания топлива, что повышает экономичность топки. When using burners 5 elongated in height with the installation of secondary blast nozzles 7, narrow jets are formed in the middle of their upper part (Fig. 3), which are less susceptible to drift and deflection by stream 16 ascending along the front screen 2. Since the outer perimeter of the pulverized-coal jet, t. e. contact area with flue gases and internal perimeter, i.e. the area of mixing with the flow of secondary blast, in this case increase, then the rate of ignition and burnout of the fuel increases, which increases the efficiency of the furnace.

При применении в горелках 5 сопел 7 вторичного дутья, перекрывающих канал 9 пылеугольной смеси сверху, например, имеющих T-образную форму (фиг. 4), вторичное дутье препятствует выносу свежей угольной пыли восходящим по фронтовому экрану 2 потоком 16. Соответственно повышается экономичность топки. When using secondary burner nozzles 7 in the burners 5, blocking the channel 9 of the pulverized coal mixture from above, for example, having a T-shape (Fig. 4), the secondary blasting prevents the transfer of fresh coal dust by flowing upward along the front screen 2 16. The efficiency of the furnace increases accordingly.

Помимо сложной аэродинамики в вертикальной плоскости (фиг. 1) при работе предлагаемой топки не менее сложная структура течений формируется в горизонтальных сечениях (фиг. 2). При установке горелок 5 группами по меньшей мере из двух горелок на каждую мельницу 10 и ориентации их своими факелами под корни факелов собственной и соседних групп горелок, как показано на фиг. 2 траекториями 17, можно обеспечить работу топки двух с двух-трехкратным резервированием мельниц 10 при равномерном тепловыделении в топочном объеме. При эксплуатации наибольшее число аварийных и плановых остановов связано с неисправностями, ремонтом и обслуживанием углеразмольного оборудования, поэтому возможность двух-трехкратного резервирования мельниц 10, причем без появления существенных перекосов тепловыделения, значительно повышает надежность работы топки 1. Надежность повышается и за счет облегчения возможности маневра мельницами. При включении соседней мельницы или при перебоях в подаче топлива не требуется стартового розжига, воспламенение не обеспечивается ориентацией факелов горелок под корни факелов соседних групп горелок. Кроме того, повышается и экономичность, так как при отключении части мельниц уменьшаются расходы на их эксплуатацию и появляется возможность глубокого снижения мощности топки. In addition to the complex aerodynamics in the vertical plane (Fig. 1) during operation of the proposed furnace, a no less complex structure of the flows is formed in horizontal sections (Fig. 2). When installing burners 5 in groups of at least two burners on each mill 10 and orienting them with their torches to the roots of the torches of their own and neighboring groups of burners, as shown in FIG. 2 paths 17, it is possible to ensure the operation of the furnace of two with two to three times redundant mills 10 with uniform heat in the furnace volume. During operation, the largest number of emergency and scheduled shutdowns is associated with malfunctions, repair and maintenance of coal-grinding equipment, therefore, the possibility of two or three redundancy of the mills 10, and without significant distortions in the heat generation, significantly increases the reliability of the furnace 1. Reliability is increased by facilitating the possibility of maneuvering by mills . When the neighboring mill is switched on or during interruptions in the supply of fuel, starting ignition is not required; ignition is not ensured by the orientation of the torches of the burners to the roots of the torches of the neighboring groups of burners. In addition, efficiency is also increased, since when a part of the mills is turned off, the costs of their operation are reduced and there is the possibility of a deep reduction in the power of the furnace.

Выделяющееся при сгорании топлива тепло в топке 1 передается ограждающим экранам 2, 3, 4. Благодаря вихревому течению 15 и потоку 16 теплообмен осуществляется по всей площади экранов, и этим обеспечивается экологически более благоприятный низкотемпературный топочный процесс. Продукты сгорания далее отводятся из топки 1, охлаждаются в воздухонагревателе 19 и другими поверхностями нагрева котла, очищаются от золы и сбрасываются через дымовую трубу. Подогрев воздуха в воздухоподогревателе 19 улучшает работу мельниц 10. The heat released during fuel combustion in the furnace 1 is transferred to the enclosing screens 2, 3, 4. Due to the vortex flow 15 and stream 16, heat is exchanged over the entire area of the screens, and this provides an environmentally more favorable low-temperature furnace process. The combustion products are then discharged from the furnace 1, cooled in the air heater 19 and other heating surfaces of the boiler, cleaned of ash and discharged through the chimney. Heating the air in the air heater 19 improves the operation of the mills 10.

Использование предлагаемой низкотемпературной вихревой топки по сравнению с прототипом [2, рис. 22] позволяет:
- повысить экономичность, т.к., например, [2, 4.5] даже при использовании бурых углей в прототипе из-за отсутствия вторичного дутья в верхней части горелок требуются повышенный на 20-30% избытки воздуха, и сжигание сопровождается значительным механическим недожогом топлива, q₄ = 4 - 6%;
- увеличить надежность, благодаря возможности двух-трехкратного резервирования мельниц при сохранении равномерного распределения тепловыделения в топочном объеме.The use of the proposed low-temperature vortex furnace compared with the prototype [2, Fig. 22] allows you to:
- increase efficiency, because, for example, [2, 4.5] even when using brown coal in the prototype due to the lack of secondary blast in the upper part of the burners, excess air is required by 20-30%, and burning is accompanied by a significant mechanical underburning of fuel , q ₄ = 4 - 6%;
- to increase reliability, due to the possibility of two to three redundancy of the mills while maintaining a uniform distribution of heat in the furnace volume.

Литература:
1. Котлы большой мощности. Каталог-справочник. -М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1970, фиг. 10, 11.Literature:
1. High power boilers. Directory. -M .: NIIINFORMTYAZHMASH, 1970, fig. 10, 11.

2. Котлер В. Р. Специальные топки энергетических котлов. -М.: Энергоатомиздат, 1990, рис.22, 23, 4.5. 2. Kotler V. R. Special furnaces of power boilers. -M.: Energoatomizdat, 1990, Fig. 22, 23, 4.5.

Claims

1. A low-temperature vortex furnace, containing direct-flow burners arranged obliquely downward on the front screen and made in the form of pulverized coal channels and installed counter-lower nozzle opposite the lower bend of the rear screen, characterized in that secondary blast nozzles are located in the upper part of the burners.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the burners are elongated in height and the secondary blast nozzles are located in the middle in the upper part of the pulverized coal channels.

3. The furnace according to claim 1, characterized in that the nozzles of the secondary blast in the burners are made overlapping from above the channels of the pulverized coal mixture, for example, having a T-shape.

4. The furnace according to claim 1, characterized in that the burners are installed in groups of at least two burners for each mill and are oriented with their torches to the roots of the torches of their own and neighboring groups of burners.