RU2220371C2

RU2220371C2 - Furnace for combusting wood waste materials

Info

Publication number: RU2220371C2
Application number: RU2002101162/06A
Authority: RU
Inventors: В.К. Любов
Original assignee: Любов Виктор Константинович
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2003-12-27

Abstract

FIELD: furnaces and burners for combusting wood wastes. SUBSTANCE: furnace has combustion chamber in which intervals between tubes of front inclined wall are provided with spacers having gaps for passing primary air. Additional restriction zone is arranged in lower part of combustion chamber and it has two horizontal water cooled tubes with cross vertical connections made of small-diameter tubes. Afterburning chamber is provided with nozzles for supplying ternary air. Said nozzles are arranged at level of upper manifold of clamping grid over nozzles for supplying secondary air. Lengthwise axes of walls are laid in the same vertical planes shifted by pitch half relative to nozzles of opposite walls. Nozzles for supplying ternary air are inclined downwards by angle relative to vertical plane equal to φ...(φ+5^°), slope of back wall is inclined by angle ψ = 30...35^° relative to vertical plane. EFFECT: effective combustion of highly humidified wood waste, wide range of changing composition of fuel mixture, possibly combusting only saw dust, lowered exhaust of nitrogen oxides, of carbon monoxide. 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания отходов переработки древесной биомассы и может найти применение в промышленной теплоэнергетике. The invention relates to a device for burning waste wood biomass processing and may find application in industrial power engineering.

Известны топки скоростного горения системы В.В.Померанцева, представляющие собой вертикальную камеру, ограниченную с трех сторон кирпичной кладкой, а со стороны топочной камеры - зажимающей решеткой из стальных ошипованных труб, включенных в систему циркуляции котла и являющихся фронтовым экраном. Данные топки имеют неподвижный и подвижный пережимы, под которые подается воздух, обеспечивающий сгорание топлива в зажатом вертикальном слое. Для догорания мелких фракций топлива, выносимых из вертикального слоя, под топки "подметает" поток вторичного воздуха, движущийся сплошным потоком от задней стены топки к фронтовой [Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В. И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987, с. 51-52]. Known fire chambers for high-speed combustion of the V.V. Pomerantsev system, which are a vertical chamber bounded on three sides by masonry, and on the side of the combustion chamber, by a clamping grid of studded steel pipes included in the boiler circulation system and which are the front screen. These fire chambers have fixed and movable clamps, under which air is supplied, which ensures combustion of fuel in a clamped vertical layer. To burn out the small fractions of fuel carried out from the vertical layer, a sweeping stream of secondary air “sweeping” from the back wall of the furnace to the front [sweeps SI, Koperin IF, Naydenov V. I. Energy use of wood waste. - M .: Forest industry, 1987, p. 51-52].

Для расширения диапазона энергетического использования древесных отходов с повышенным содержанием минеральных примесей применяются топочные устройства ВО-110 и топки скоростного горения СевНИИП - ЦКТИ с обращенным дутьем, в которых также используется принцип зажатого слоя [Головков С.И., Коперин И. Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987, с. 52-54, с. 94-95]. To expand the range of energy use of wood waste with a high content of mineral impurities, VO-110 furnace devices and SevNIIIP - CCTI high-speed combustion furnaces with reverse blasting are used, which also use the principle of a clamped layer [Golovkov SI, Koperin IF, Naidenov IN AND. Energy use of wood waste. - M .: Forest industry, 1987, p. 52-54, p. 94-95].

Принцип зажатого слоя используется и в топках для сжигания древесных отходов [Авторское свидетельство СССР 1615463 А1, 5 F 23 В 5/04, 1990], где для повышения экономичности сжигания топлива применяются автономный подвод и индивидуальное регулирование первичного воздуха по ширине топки. The principle of the clamped layer is also used in fireboxes for burning wood waste [USSR author's certificate 1615463 A1, 5 F 23 B 5/04, 1990], where autonomous supply and individual regulation of primary air along the width of the firebox are used to increase the fuel economy.

На котлоагрегатах типа КЕ для сжигания древесных отходов применяют топку скоростного горения, у которой фронтовая наклонная стенка выполнена из чугунных плит-колосников, установленных на трубах диаметром 51х5 мм, включенных в циркуляционный контур котла. В нижней части предтопка установлены два яруса колосников, верхний - выполняет роль дополнительного пережима, а нижний - "решетчатого дна"; при этом под все колосники, включая накладные, подается горячий воздух. Для догорания мелких фракций топлива, выносимых из вертикального слоя, подтопки "подметают" струи вторичного воздуха, движущиеся сплошными потоками от задней и фронтовой стен топки навстречу друг другу [Головков С. И. , Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987, с. 104-107]. Данное топочное устройство принято нами за прототип. For KE-type boilers for burning wood waste, a high-speed combustion furnace is used, in which the inclined front wall is made of cast iron grate-plates installed on pipes with a diameter of 51x5 mm included in the boiler circulation circuit. In the lower part of the pre-furnace there are two tiers of grates, the upper one acts as an additional pinch, and the lower one has a "trellised bottom"; at the same time under all grid-irons, including consignment notes, hot air moves. To burn out the small fractions of fuel carried out from the vertical layer, the flooding “sweeps” the jets of secondary air moving in continuous flows from the rear and front walls of the furnace towards each other [Golovkov S. I., Koperin I. F., Naidenov V. I. Energy use of wood waste. - M .: Forest industry, 1987, p. 104-107]. This furnace device is accepted by us as a prototype.

Однако опыт длительной эксплуатации данных топочных устройств показал, что они пригодны для сжигания малозольных предварительно измельченных древесных отходов с содержанием мелких частиц (опилка) в топливной смеси не более 50% при относительной влажности отходов до 55%. Увеличение доли опилка в топливной смеси более 50% или повышение влажности отходов вызывают резкое снижение технико-экономических и экологических показателей работы топочных устройств. However, the experience of long-term operation of these furnace devices has shown that they are suitable for burning low-ash pre-ground wood waste with a fine particle content (sawdust) in the fuel mixture of not more than 50% with a relative humidity of waste up to 55%. An increase in the proportion of sawdust in the fuel mixture of more than 50% or an increase in the humidity of the waste causes a sharp decrease in the technical, economic and environmental performance of the combustion devices.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение технико-экономических и экологических показателей работы топочного устройства для сжигания древесных отходов с влажностью на рабочую массу до 60% и обеспечение сжигания топливной смеси с широким диапазоном изменения состава, вплоть до сжигания только опилка. The problem to which the invention is directed, is to increase the technical, economic and environmental performance of the furnace device for burning wood waste with moisture per working mass up to 60% and to ensure the combustion of the fuel mixture with a wide range of composition changes, up to burning only sawdust.

Это достигается тем, что у топочного устройства, содержащего разделенные зажимающей решеткой камеры сгорания и дожигания, в камере сгорания промежутки между трубами фронтовой наклонной стенки снабжены проставками, имеющими зазоры для прохода первичного воздуха, а дополнительный пережим расположен в нижней части камеры сгорания и выполнен из двух горизонтальных водоохлаждаемых труб, имеющих поперечные вертикальные связи из труб меньшего диаметра, камера дожигания снабжена соплами подачи третичного воздуха, причем сопла подачи третичного воздуха расположены на уровне верхнего коллектора зажимающей решетки над соплами подачи вторичного воздуха, а продольные оси сопл каждой стены находятся в одних вертикальных плоскостях, которые смещены на полшага для сопл противоположных стен, при этом сопла третичного воздуха наклонены вниз под углом к вертикали, равным φ...(φ+5^°), а скат задней стены выполнен под углом к вертикали ψ=30...35^o.This is achieved by the fact that in a combustion device containing combustion and afterburner chambers separated by a clamping grid, in the combustion chamber, the gaps between the pipes of the front inclined wall are provided with spacers having gaps for the passage of primary air, and an additional pinch is located in the lower part of the combustion chamber and is made of two horizontal water-cooled pipes having transverse vertical connections from pipes of a smaller diameter, the afterburning chamber is equipped with tertiary air supply nozzles, the tertiary supply nozzles of air are located at the level of the upper collector of the clamping grill above the secondary air nozzles, and the longitudinal axis of the nozzles of each wall are in the same vertical planes that are offset by half a step for nozzles of opposite walls, while the tertiary air nozzles are inclined downward at an angle to the vertical equal to φ ... (φ + 5 ^° ), and the slope of the back wall is made at an angle to the vertical ψ = 30 ... 35 ^o .

На фиг.1 изображено предлагаемое топочное устройство, продольный разрез; на фиг.2 - горизонтальный разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез В-В фронтовой наклонной стенки. Figure 1 shows the proposed furnace device, a longitudinal section; figure 2 is a horizontal section aa of figure 1; figure 3 is a section bb of the front inclined wall.

Топочное устройство содержит камеры сгорания 1 и дожигания 2, разделенные зажимающей решеткой 3. В камере сгорания 1 фронтовая наклонная стенка 4 выполнена из труб, включенных в контур циркуляции котла, промежутки между трубами закрыты стальными проставками 5 длиной до 200 мм и с зазором 5...7 мм, приваренными к данным трубам, в нижней части камеры сгорания горизонтально в одной вертикальной плоскости установлены две трубы 6, имеющие поперечные связи 7, выполненные из труб меньшего диаметра. В нижней части камеры сгорания установлены колосники 8, образующие "решетчатое дно", под которые подается вторичный воздух со стороны боковых стен топки, первичный воздух подается со стороны фронтовой стены. В камере дожигания под нижним коллектором 9 зажимающей решетки 3 и вдоль задней стены установлены фронтовой 10 и задний 11 короба вторичного воздуха, при этом выходные сопла 12 прямоугольного поперечного сечения заднего короба 11 смещены на полшага относительно сопл 13 фронтового короба 10, на уровне верхнего коллектора 14 зажимающей решетки 3 в одной горизонтальной плоскости расположены фронтовой 15 и задний 16 короба третичного воздуха, выходные сопла 17,18 которых имеют прямоугольное сечение, смещены на полшага относительно друг друга и направлены вниз под углом к вертикали, равным φ...(φ+5^°), продольные оси нижних 12 и верхних 18 сопл задней стены расположены в одних вертикальных плоскостях, а продольные оси нижних 13 и верхних 17 сопл фронтовой стены также расположены в вертикальных плоскостях, но смещенных на полшага относительно предыдущих, скат 19 задней стены выполнен под углом к вертикали ψ=30...35^o.The combustion device contains combustion chambers 1 and afterburning 2 separated by a clamping grid 3. In combustion chamber 1, the front inclined wall 4 is made of pipes included in the boiler circulation circuit, the gaps between the pipes are closed with steel spacers 5 up to 200 mm long and with a gap of 5 .. .7 mm, welded to these pipes, two pipes 6 are installed horizontally in the same vertical plane in the lower part of the combustion chamber, having transverse connections 7 made of pipes of smaller diameter. In the lower part of the combustion chamber there are grates 8 forming a "grating bottom", under which secondary air is supplied from the side of the furnace side walls, primary air is supplied from the front wall side. In the afterburner chamber under the lower manifold 9 of the clamping grid 3 and along the rear wall, front 10 and rear 11 ducts of secondary air are installed, while the output nozzles 12 of a rectangular cross section of the rear duct 11 are offset by half a step relative to the nozzles 13 of the front duct 10, at the level of the upper collector 14 clamping lattice 3 in one horizontal plane are the front 15 and rear 16 tertiary air ducts, the output nozzles 17,18 of which have a rectangular cross section, are offset by half a step relative to each other and to down at an angle to the vertical equal to φ ... (φ + 5 ^° ), the longitudinal axes of the lower 12 and upper 18 nozzles of the rear wall are located in the same vertical planes, and the longitudinal axes of the lower 13 and upper 17 nozzles of the front wall are also located in vertical planes, but offset by half a step relative to the previous ones, the slope 19 of the back wall is made at an angle to the vertical ψ = 30 ... 35 ^o .

Работа топочного устройства для сжигания древесных отходов осуществляется следующим образом. The operation of the furnace device for burning wood waste is as follows.

Древесные отходы из бункера по рукавам каскадно-лоткового типа подаются в камеру сгорания 1, где с помощью фронтовой наклонной стенки 4, зажимающей решетки 3 и основного и дополнительного пережимов формируется вертикальный слой топлива, который пронизывается основным потоком первичного воздуха, обеспечивающим его активное выгорание, другая часть первичного воздуха проходит через зазоры между проставками 5 фронтовой наклонной стенки 4, обеспечивая термообработку и воспламенение слоя, образующиеся продукты сгорания в основном через щели зажимающей решетки 3 выходят в камеру дожигания 2, а другая их часть поднимается в зону термической подготовки отходов, обеспечивая их подсушку. Дополнительный пережим, выполненный из водоохлаждаемой трубной системы 6, 7, стабилизирует воспламенение топлива и значительно повышает эффективность работы "решетчатого дна". С увеличением в топливной смеси мелких фракций (опилка) их вынос в камеру дожигания увеличивается, где они сгорают в системе вихрей, образующихся при взаимодействии встречно-смещенных потоков, выходящих из сопл вторичного воздуха 12, 13. Недогоревшие частицы топлива с помощью встречно-смещенных струй третичного воздуха, выходящих из сопл 17, 18, направленных вниз под углом к вертикали, равным φ...(φ+5^°), частично сепарируют в нижнюю часть камеры дожигания 2, а другая их часть вместе с продуктами пиролиза, выделяющимися в зоне термической подготовки древесных отходов, вовлекается в вихревые потоки, имеющие вертикальные оси вращения. Наличие системы вихревых потоков в камере дожигания 2 интенсифицирует тепло- и массообменные процессы не только в ее нижней части, но и по всей ее высоте, что особенно важно для участка зажимающей решетки, где идет процесс термической подготовки сырого топлива. Расход горячего воздуха через сопла 12, 13 вторичного и третичного 17, 18 дутья зависит от фракционного состава древесных отходов и их влажности. Увеличение угла наклона ската 19 задней стены камеры дожигания позволяет исключить образование на нем зон с кучевым горением древесных отходов, генерирующих большое количество оксида углерода. По мере накопления очаговых остатков на поду камеры дожигания 2 и в нижней части камеры сгорания 1 котлоагрегат останавливают для расшлаковки топочного устройства.Wood waste from the hopper along the cascade-chute type sleeves is fed into the combustion chamber 1, where a vertical layer of fuel is formed using the front inclined wall 4, the clamping grid 3 and the main and additional clamps, which is penetrated by the main stream of primary air, which ensures its active burnout, another part of the primary air passes through the gaps between the spacers 5 of the front inclined wall 4, providing heat treatment and ignition of the layer, the resulting combustion products mainly through the cracks clamping lattice 3 go into the afterburner 2, and the other part rises in the zone of thermal treatment of waste, ensuring their drying. An additional pinch made of a water-cooled pipe system 6, 7 stabilizes the ignition of the fuel and significantly increases the efficiency of the grating bottom. With an increase in the fine fractions in the fuel mixture (sawdust), their removal to the afterburning chamber increases, where they burn in the system of vortices generated by the interaction of counter-displaced flows emerging from the secondary air nozzles 12, 13. Unburned fuel particles using counter-displaced jets tertiary air leaving nozzles 17, 18 directed downward at an angle to the vertical equal to φ ... (φ + 5 ^° ), is partially separated into the lower part of the afterburning chamber 2, and the other part together with the pyrolysis products released in the zone thermal preparation ki of wood waste, is involved in vortex flows having vertical axis of rotation. The presence of a system of vortex flows in the afterburning chamber 2 intensifies heat and mass transfer processes not only in its lower part, but throughout its entire height, which is especially important for the clamping lattice area where the thermal preparation of crude fuel is undergoing. The consumption of hot air through the nozzles 12, 13 of the secondary and tertiary 17, 18 blast depends on the fractional composition of wood waste and their moisture content. An increase in the angle of inclination of the slope 19 of the rear wall of the afterburning chamber eliminates the formation of zones of cumulative burning of wood waste generating a large amount of carbon monoxide on it. As focal residues accumulate on the bottom of the afterburning chamber 2 and in the lower part of the combustion chamber 1, the boiler unit is stopped to decompose the combustion device.

Исследования показали, что данное топочное устройство позволяет обеспечить эффективное сжигание высоковлажных древесных отходов с широким диапазоном изменения состава топливной смеси, вплоть до сжигания только опилка, и позволяет значительно уменьшить выбросы оксидов азота и монооксида углерода. Кампания работы котла мощностью 6,5 МВт между расшлаковками при сжигании высоковлажного опилка составляет не менее месяца. Studies have shown that this furnace device allows efficient burning of high-moisture wood waste with a wide range of changes in the composition of the fuel mixture, up to burning only sawdust, and can significantly reduce emissions of nitrogen oxides and carbon monoxide. The campaign for the operation of a 6.5 MW boiler between raslakovki when burning high-moisture sawdust is at least a month.

Claims

A furnace device for burning wood waste, containing a combustion chamber separated by a clamping grill, equipped with primary and secondary air supply devices, a fuel supply device in the form of cascade-tray type sleeves, a front inclined wall made of pipes connected to the boiler circulation circuit in the lower part additional clamping and grid-irons forming a trellised bottom, and an afterburner with secondary air supply devices, characterized in that there are gaps between the pipes in the combustion chamber and the front inclined wall are provided with spacers having gaps for the passage of primary air, and an additional pinch is located at the bottom of the combustion chamber and is made of two horizontal water-cooled pipes having transverse vertical connections from pipes of a smaller diameter, the afterburner is equipped with nozzles for supplying tertiary air, and the nozzles the tertiary air supply is located at the level of the upper manifold of the clamping grill above the secondary air supply nozzles, and the longitudinal axis of the nozzles of each wall are in one their vertical planes, which are offset by half a step for nozzles of opposite walls, while the tertiary air nozzles are inclined downward at an angle to the vertical equal to φ ... (φ + 5 °), and the slope of the back wall is made at an angle to the vertical ψ = 30. ..35 °.