RU2324108C1

RU2324108C1 - Mode of operation of a vertical prismatic furnace

Info

Publication number: RU2324108C1
Application number: RU2006145693/06A
Authority: RU
Inventors: Олег Георгиевич Шишканов (RU); Олег Георгиевич Шишканов
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-05-10

Abstract

FIELD: heat and power engineering.

SUBSTANCE: basis of the method is to increase the combustion quality and operational reliability by exclusion of temperature irregularity in active burning zones to exclude slugging and increase heat absorption on the heating surfaces when the burner block is started. During this method, when all burning blocks are operational, the blocks are directed tangentially to a conditional circle. The fuel-air mixture is release through burner 2 in furnace 1. When burner 2 is switched off in one of the corners of furnace 1, the burners of the operating block are directed tangentially to a conditional circle, whose diameter can be determined by the relation d_n=(0.257-0.0825·n)·a_m, d_n - diameter of the conditional circle, tangent to which an n^th working burner is directed; n - the number of the burning block, counting from the switched off burner in the direction of the gas direction; a_m - depth of the combustion chamber.

EFFECT: use of thermal power station steam boilers in furnaces during lignite slug combustion.

1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в топках паровых котлов тепловых электрических станций при сжигании шлакующих бурых углей.The invention relates to a power system and can be used in the furnaces of steam boilers of thermal power plants when burning brown coal slag.

Известен способ работы парогенератора (А.с. СССР №901731, кл. F23С 5/00, 1980) с расположенными многоярусными горелками, в котором для устранения температурных неравномерностей расход топлива через горелки каждого яруса увеличивают от яруса к ярусу в направлении сверху вниз. Такой способ позволяет снизить только тепловую неравномерность по высоте, когда максимум температуры газов, зафиксированный в области верхнего яруса горелок, уменьшается за счет увеличения теплового напряжения в нижних ярусах, после соответствующего перераспределения топлива. Однако температурная неравномерность, вызванная отключением части горелок каждого яруса сохраняется, что вызывает шлакование и снижает надежность эксплуатации.A known method of operation of a steam generator (AS USSR No. 901731, class F23C 5/00, 1980) with multi-tier burners located, in which to eliminate temperature irregularities, the fuel consumption through the burners of each tier is increased from tier to tier in the direction from top to bottom. This method allows to reduce only the thermal unevenness in height, when the maximum gas temperature recorded in the region of the upper tier of the burner decreases due to an increase in thermal stress in the lower tiers, after a corresponding redistribution of fuel. However, the temperature unevenness caused by the shutdown of part of the burners of each tier is maintained, which causes slagging and reduces the reliability of operation.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ работы вертикальной призматической топки квадратного сечения с многоярусным блочным угловым расположением горелок с направлением тангенциально условной окружности, в котором для устранения температурных неравномерностей, возникающих при отключении горелочного блока, количество газов рециркуляции, распределяемых в каждый горелочный блок, определяется в зависимости от местоположения отключенного блока (А.с. СССР №1703913, кл. F23С 9/08, 1992). Недостатком такого способа является то, что такое распределение приводит к повышенной локальной подаче газов рециркуляции (например, количество газов рециркуляции, подаваемых в четвертый горелочный блок, начиная с отключенного по ходу движения топочных газов, превышает 25% от общего их расхода). Это вызывает балластирование факела этой горелки низкотемпературными продуктами сгорания и приводит к нарушениям процесса горения топлива и увеличению потерь теплоты с механическим недожогом. Кроме того, в этом способе не устраняется нарушение тангенциальной аэродинамики горелочных струй, вызванное отключением блока горелок, а именно то, что горелочные струи отклоняются от заданных траекторий движения, причем одни располагаются в опасной близости от топочных экранов, а другие, наоборот, отклоняются к центру топки. Причем местоположение наиболее и наименее теплонапряженных участков в объеме и на поверхности стен топочной камеры зависит от расположения отключенного блока горелок. Смещение высокотемпературного ядра горения вследствие указанного отключения приводит к тому, что одни экранные поверхности нагрева шлакуются (в сторону которых сместился факел), а в других экранах уменьшается тепловосприятие (от которых факел удалился к центру топочной камеры).The closest in technical essence to the proposed method is the method of operation of a vertical prismatic firebox of square cross section with a multi-tiered block angular arrangement of the burners with a tangentially circumferential direction, in which to eliminate the temperature irregularities that occur when the burner unit is turned off, the amount of recirculation gases distributed to each burner unit , is determined depending on the location of the disabled unit (AS USSR No. 1703913, class. F23C 9/08, 1992). The disadvantage of this method is that such a distribution leads to an increased local supply of recirculation gases (for example, the amount of recirculation gases supplied to the fourth burner unit, starting from the flue gas disconnected in the direction of travel, exceeds 25% of their total consumption). This causes the torch to ballast this burner with low-temperature combustion products and leads to disruptions in the fuel combustion process and an increase in heat loss with mechanical underburning. In addition, in this method, the violation of the tangential aerodynamics of the burner jets caused by the shutdown of the burner block is not eliminated, namely, that the burner jets deviate from predetermined motion paths, some of which are located in dangerously close to the furnace screens, while others, on the contrary, deviate to the center fireboxes. Moreover, the location of the most and least heat-stressed sections in the volume and on the surface of the walls of the combustion chamber depends on the location of the disconnected burner block. The displacement of the high-temperature combustion core due to this shutdown leads to the fact that some screen heating surfaces are slagged (towards which the torch has shifted), and in other screens the thermal perception decreases (from which the torch has moved away to the center of the combustion chamber).

В основу изобретения положена задача повышения качества сжигания и эксплуатационной надежности путем устранения температурной неравномерности в зоне активного горения для предотвращения шлакования и повышения тепловосприятия экранных поверхностей нагрева при отключении блока горелок.The basis of the invention is the task of improving the quality of combustion and operational reliability by eliminating temperature unevenness in the active combustion zone to prevent slagging and to increase the thermal perception of screen heating surfaces when the burner unit is turned off.

Достигается это тем, что в способе работы вертикальной призматической топки с угловым многоярусным блочным расположением горелок путем направления последних тангенциально условной окружности при отключении горелочного блока (под отключением блока горелок понимается прекращение подачи топливно-воздушной смеси через этот блок в топку) горелки в работающих блоках направляют тангенциально условным окружностям, диаметры которых устанавливают в соответствии с зависимостью:This is achieved by the fact that in the method of operation of a vertical prismatic furnace with an angular multi-tiered block arrangement of the burners by guiding the last tangentially circumferential circle when the burner block is turned off (by shutting down the burner block we mean stopping the flow of the fuel-air mixture through this block into the furnace), the burners in the working blocks are sent tangentially conditional circles, the diameters of which are set in accordance with the dependence:

d_n=(0,257-0,0825·n)·a_m,d _n = (0.257-0.0825N) a _m ,

где d_n - диаметр условной окружности, тангенциально которой направлен n-й работающий горелочный блок;where d _n is the diameter of the conditional circle tangentially directed by the nth working burner block;

n - номер горелочного блока, начиная счет со следующего от отключенного по ходу движения газов;n is the number of the burner block, starting from the next one, which is switched off during the movement of gases;

а_m - глубина топочной камеры.and _m is the depth of the combustion chamber.

В ходе проведенных экспериментальных исследований удалось установить, что отличительной особенностью работы вертикальной призматической топки с угловым многоярусным блочным расположением горелок путем направления последних тангенциально условной окружности является отклонение горелочных струй от геометрической оси, направленной по касательной к условной окружности с диаметром равным 0,1a_m, где а_m - глубина топки. При отключении горелок одного блока высокотемпературное ядро факела смещается от центра топки в сторону неработающего блока, что представлено на фиг.1, где показан горизонтальный разрез вертикальной призматической топки в плане. Такое смещение дает вдвойне отрицательный эффект. Во-первых, приближение факела к экранам способствует их интенсивному шлакованию, и, во-вторых, удаление факела от противоположных экранов снижает их тепловосприятие. Кроме того, результаты экспериментов показали, что при любых углах поворота горелок α≥52° вращательное движение неустойчиво, в результате чего возникает вторичный эффект - прецессия оси вращения ядра потока вокруг геометрической оси вертикального канала. С другой стороны, установление угла поворота горелок α<45° для топок квадратного сечения с угловой тангенциальной компоновкой горелок может привести к нарушению вращательного движения вследствие возможного удара смежных горелочных струй.In the course of the experimental studies, it was found that the distinctive feature of the operation of a vertical prismatic furnace with an angular multi-tiered block arrangement of burners by directing the latter tangentially circumferential circumference is the deviation of the burner jets from the geometric axis directed tangentially to the conventional circle with a diameter of 0.1a _m , where and _m is the furnace depth. When you turn off the burners of one block, the high-temperature core of the torch is shifted from the center of the furnace towards the idle block, which is shown in figure 1, which shows a horizontal section of a vertical prismatic furnace in plan. Such a bias gives a doubly negative effect. Firstly, the approach of the torch to the screens contributes to their intensive slagging, and, secondly, the removal of the torch from opposite screens reduces their thermal perception. In addition, the experimental results showed that at any angle of rotation of the burners α≥52 ° the rotational motion is unstable, as a result of which a secondary effect occurs - the precession of the axis of rotation of the flow core around the geometric axis of the vertical channel. On the other hand, setting the angle of rotation of the burners α <45 ° for fireboxes of square section with an angular tangential arrangement of the burners can lead to a violation of the rotational motion due to the possible impact of adjacent burner jets.

Таким образом, оптимум угла поворота горелок тангенциально условной окружности лежит в пределах 45°<α≤52°. Изменение угла поворота горелок вызывает соответствующее изменение диаметра условной окружности, тангенциально которой направлены горелки. Следовательно, меняя угол поворота каждого работающего блока горелок в зависимости от места положения отключенного блока, что соответствует их направлению по касательной к окружностям разного диаметра, удается уменьшить последствия отклонения горелочных струй от заданных траекторий и снизить температурную неравномерность в сечениях топки.Thus, the optimum angle of rotation of the burners of a tangentially conventional circle lies within 45 ° <α≤52 °. A change in the angle of rotation of the burners causes a corresponding change in the diameter of the conditional circle tangentially to which the burners are directed. Therefore, by varying the rotation angle of each working burner block depending on the position of the disconnected block, which corresponds to their direction along the tangent to circles of different diameters, it is possible to reduce the consequences of the deviation of the burner jets from predetermined paths and to reduce the temperature unevenness in the sections of the furnace.

На фиг.2 изображен котел с вертикальной экранированной призматической топкой, в которой осуществляется предлагаемый способ; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.Figure 2 shows a boiler with a vertical shielded prismatic firebox, in which the proposed method is implemented; figure 3 is a section aa in figure 2.

Паровой котел содержит вертикальную призматическую топку 1 с установленными в каждом ее углу поярусно блочно горелками 2, которые ориентированы тангенциально к условной окружности.The steam boiler contains a vertical prismatic firebox 1 with burners 2 installed in each corner in a semi-block fashion, which are oriented tangentially to the conditional circle.

Способ работы вертикальной призматической топки осуществляется следующим образом. При работе всех горелочных блоков топливно-воздушную смесь подают через них в топку. При отключении блока горелок в одном из углов топочной камеры (под отключением блока горелок понимается прекращение подачи топливно-воздушной смеси через этот блок в топку) горелки в работающих блоках направляют тангенциально условным окружностям, диаметры которых устанавливают в соответствии с зависимостьюThe method of operation of a vertical prismatic furnace is as follows. During operation of all burner units, the air-fuel mixture is fed through them into the furnace. When the burner block is turned off in one of the corners of the combustion chamber (by turning off the burner block it means stopping the flow of the fuel-air mixture through this block into the furnace), the burners in the working blocks are sent tangentially to conventional circles whose diameters are set in accordance with the dependence

d_n=(0,257-0,0825·n)·a_m,d _n = (0.257-0.0825N) a _m ,

a_m - глубина топочной камеры.a _m is the depth of the combustion chamber.

При отключении блока горелок общий расход топлива и воздуха подаваемого в топку сохраняется тем же, как и в случае работы всех блоков горелок и распределяется в равных количествах по работающим блокам. Указанное изменение направление горелок разных блоков, при отключении одного из них позволяет выровнять перепад температур в сечениях топочной камеры. Так разность в значениях плотности падающего радиационного потока на одном по высоте уровне в центре экранов составляет не более 10 кВт/м². Аналогичную величину получают при работе всех горелочных блоков.When the burner unit is turned off, the total fuel and air flow to the furnace remains the same as in the case of operation of all burner units and is distributed in equal amounts to the operating units. The indicated change in the direction of the burners of different blocks, when one of them is turned off, allows you to equalize the temperature difference in the sections of the combustion chamber. So the difference in the values of the density of the incident radiation flux at one height level in the center of the screens is not more than 10 kW / m ² . A similar value is obtained during operation of all burner blocks.

Примером конкретного выполнения предлагаемого способа работы призматической топки, оборудованной тангенциальным угловым блочным многоярусным расположением горелок, может служить топочная камера котла Е-500 Красноярской ТЭЦ-2.An example of a specific implementation of the proposed method of operation of a prismatic furnace equipped with a tangential angular block multi-tiered arrangement of burners can be the furnace chamber of the E-500 boiler of Krasnoyarsk CHP-2.

При работе всех горелочных блоков они направлены тангенциально условной окружности с диаметром равным 1,1 м (глубина топки составляет 11 м). При отключении одного горелочного блока изменяют направление работающих блоков согласно представленной зависимости.During operation of all burner blocks, they are directed tangentially to a conventional circle with a diameter equal to 1.1 m (the depth of the furnace is 11 m). When you turn off one burner block, the direction of the working blocks is changed according to the presented dependence.

Горелки первого блока, считая от отключенного по ходу движения топочных газов, направляют тангенциально условной окружности с диаметром 1,9 м.The burners of the first block, counting from the flue gas disconnected in the direction of travel, direct a tangentially conventional circle with a diameter of 1.9 m.

Горелки второго блока, считая от отключенного по ходу движения топочных газов, направляют тангенциально условной окружности с диаметром 1,0 м.The burners of the second unit, counting from the flue gas disconnected in the direction of travel, direct a tangentially conventional circle with a diameter of 1.0 m.

Горелки третьего блока, считая от отключенного по ходу движения топочных газов, направляют тангенциально условной окружности с диаметром 0,1 м.The burners of the third block, counting from the flue gas disconnected in the direction of travel, direct a tangentially conventional circle with a diameter of 0.1 m.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет достичь задачи изобретения повысить качество сжигания и эксплуатационную надежность путем устранения температурных неравномерностей в объеме топочной камеры, тем самым снизить интенсивность шлакования и повысить тепловосприятие экранных поверхностей в местах соответствующего приближения и удаления факела, при этом удается сократить число остановов котла на расшлаковку.Thus, the proposed technical solution allows to achieve the objective of the invention to improve the quality of combustion and operational reliability by eliminating temperature irregularities in the volume of the combustion chamber, thereby reducing the slagging intensity and increasing the thermal perception of the screen surfaces at the places of approaching and removing the torch, while reducing the number of shutdowns of the boiler to razlakovka.

Claims

The method of operation of a vertical prismatic furnace with an angular multi-tiered block arrangement of burners by directing the latter tangentially to a circumferential circle, characterized in that when the burner block is turned off, the burners in the working blocks are directed tangentially to conventional circles, the diameters of which are set in accordance with the dependence

d _n = (0.257-0.0825N) a _m ,

where d _n is the diameter of the conditional circle tangentially directed by the nth working burner block;

n is the number of the burner block, starting from the next one, which is switched off during the movement of gases;

a _m is the depth of the combustion chamber.