RU2324110C2 - Two-stage fuel combustion technique and combustor - Google Patents
Two-stage fuel combustion technique and combustor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2324110C2 RU2324110C2 RU2006108428/06A RU2006108428A RU2324110C2 RU 2324110 C2 RU2324110 C2 RU 2324110C2 RU 2006108428/06 A RU2006108428/06 A RU 2006108428/06A RU 2006108428 A RU2006108428 A RU 2006108428A RU 2324110 C2 RU2324110 C2 RU 2324110C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- combustion
- layer
- zone
- air
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики и другим отраслям промышленности, использующим тепло сгорания техногенных и природных энергоносителей, включая все виды топлива, в том числе и водоугольного.The invention relates to the field of energy and other industries using the heat of combustion of man-made and natural energy sources, including all types of fuel, including water-carbon.
При сжигании энергоносителей в стехиометрическом количестве окислителя в зоне горения температура продуктов сгорания стремится к температуре, определяемой соотношением затрат на физико-химические преобразования действующих веществ и на нагрев конечных продуктов реагирования при их теплоемкостях до этой температуры и тепла, выделяющегося при горении энергоносителя при адиабатических условиях.When energy carriers are burned in a stoichiometric amount of an oxidizing agent in the combustion zone, the temperature of the combustion products tends to a temperature determined by the ratio of the costs of physicochemical conversions of the active substances and heating of the final reaction products when they are heat-absorbing to this temperature and the heat released during the energy carrier combustion under adiabatic conditions.
Наличие балласта (например, золы и влаги) в составе энергоносителя и инертных компонентов (например, азот воздуха) в подводимом газе, на преобразование (испарение, нагрев и иное) которых тратится выделяемое тепло, снижает уровень адиабатической температуры.The presence of ballast (for example, ash and moisture) in the energy carrier and inert components (for example, nitrogen in the air) in the supplied gas, for the conversion (evaporation, heating, etc.) of which the generated heat is spent, reduces the level of adiabatic temperature.
Адиабатическая температура горения даже самого низкокачественного топлива, как правило, остается на уровне, превышающем плавкостные характеристики золы и способствующем генерации на ранних стадиях горения топлива вредных компонентов газообразных продуктов реагирования (например, оксидов азота).The adiabatic combustion temperature of even the lowest quality fuel, as a rule, remains at a level exceeding the fusibility characteristics of the ash and contributes to the generation of harmful components of gaseous reaction products (for example, nitrogen oxides) in the early stages of fuel combustion.
Одним из путей снижения температуры горения до уровня, обеспечивающего минимальное содержание в уходящих газах нежелательных компонентов, является искусственное повышение зольности (свыше 90%) горящего материала, а сохранение достигнутого уровня температуры требует постоянного отвода выделяющегося тепла.One of the ways to reduce the combustion temperature to a level that ensures the minimum content of undesirable components in the flue gases is to artificially increase the ash content (over 90%) of the burning material, and maintaining the achieved temperature level requires constant removal of the generated heat.
Необходимый уровень зольности в зоне горения достигается введением в нее, помимо топлива, постороннего инертного вещества (например, песка) или накоплением в ней собственного минерального компонента (золы) топлива и возник как развитие способа сжигания топлива в стационарном кипящем (псевдоожиженном, флюидизированном, взвешенном и т.п.) слое.The required level of ash in the combustion zone is achieved by introducing, in addition to fuel, an inert foreign substance (e.g. sand) or by accumulating in it its own mineral component (ash) of fuel and arose as a development of a method of burning fuel in a stationary boiling (fluidized, fluidized, suspended and etc.) layer.
Горение в кипящем слое, несмотря на низкое содержание горючих веществ, чрезвычайно устойчиво, что обусловливается большим запасом теплоемкостного тепла, аккумулированного материалом слоя, и обеспечивает достаточно полное использование сжигаемого топлива.Despite the low content of combustible substances, combustion in a fluidized bed is extremely stable, which is caused by a large supply of heat-capacitive heat accumulated by the material of the layer and ensures a fairly full use of the combusted fuel.
Предотвращение "перегрева" кипящего слоя обеспечивается при поддержании равенства прихода тепла от сжигаемого топлива расходу тепла на нагрев через стенки поверхностей нагрева, находящихся в контакте со псевдоожиженным горячим материалом слоя, внешнего теплоносителяPrevention of "overheating" of the fluidized bed is ensured while maintaining the equality of heat input from the combusted fuel to the heat consumption for heating through the walls of the heating surfaces in contact with the fluidized hot material of the layer, of the external coolant
В то же время единичная производительность устройства со стационарным кипящим слоем ограничена объемом слоя, определяемым в основном его горизонтальным сечением, и может быть увеличена лишь пропорционально ему, т.е. пропорционально квадрату линейного размера агрегата, в отличие от мощности устройств с объемным ("камерным") сжиганием топлива, растущей пропорционально кубу их линейных размеров.At the same time, the unit productivity of a device with a stationary fluidized bed is limited by the volume of the layer, determined mainly by its horizontal section, and can only be increased in proportion to it, i.e. in proportion to the square of the linear size of the unit, in contrast to the power of devices with volumetric ("chamber") fuel combustion, growing in proportion to the cube of their linear dimensions.
В то же время устойчивое горение настолько забалластированного топлива в камерных (хорошо охлаждаемых) топках требует организации постоянно функционирующей зоны воспламенения, не зависящей от качества основной массы сжигаемой смеси топлива с инертным веществом.At the same time, the stable combustion of so ballasted fuel in chamber (well-cooled) furnaces requires the organization of a constantly functioning ignition zone, independent of the quality of the bulk of the combusted fuel mixture with an inert substance.
В этой роли могут выступить специальные горелки для "подсветки" факела продуктами объемного горения незабалластированного основного или вспомогательного высокореакционного топлива.In this role, special burners can act to “illuminate" the torch with the products of volumetric combustion of unbalanced primary or auxiliary highly reactive fuel.
Зоной устойчивого воспламенения, обладающей чрезвычайно высокой тепловой инерцией, может также служить неохлаждаемый участок горящего стационарного псевдоожиженного слоя, то-есть предполагается применение в конструкции топливоиспользующего устройства элементов как объемного, так и слоевого способа сжигания топлива.A stable ignition zone with extremely high thermal inertia can also serve as an uncooled section of a stationary stationary fluidized bed, that is, it is assumed that elements of both volume and layer methods of burning fuel are used in the design of a fuel-using device.
Охарактеризованное в предыдущем абзаце техническое решение, включающее в свой состав топочное устройство для обеспечения горения топлива в смеси с инертным материалом в кипящем слое, камерную топку и газоходы с радиационными и конвективными поверхностями нагрева, инерционный разделитель газа и твердого материала, а также источники высоконапорного дутьевого и транспортного воздуха, теплообменники и т.п. реализовано под названием "топки с циркулирующим кипящим слоем" (например, Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем. М., 1995, 352 с.).The technical solution described in the previous paragraph, which includes a combustion device for providing fuel combustion in a mixture with an inert material in a fluidized bed, a chamber furnace and flues with radiation and convective heating surfaces, an inertial gas and solid material separator, as well as sources of high-pressure blast and transport air, heat exchangers, etc. implemented under the name "circulating fluidized bed furnaces" (for example, Baskakov A.P., Matsnev V.V., Raspopov I.V. Boilers and furnaces with a fluidized bed. M., 1995, 352 p.).
На воздухораспределительном поде горит псевдоожиженная подаваемым под слой дутьевым воздухом смесь материала-носителя слоя с топливом, при этом наиболее крупные фракции инертного материала и угля формируют стационарную часть кипящего слоя, а воспламенившиеся исходно мелкие, а также уменьшившие по мере выгорания свой размер частицы топлива в смеси с мелкой фракцией инертного материала выносятся из слоя смесью газообразных продуктов сгорания и избытка флюидизирующего воздуха.A mixture of the carrier material of the layer with fuel, fluidized by the blast air supplied under the bed, burns at the air distribution, while the largest fractions of the inert material and coal form the stationary part of the fluidized bed, and the ignited ones are initially small, as well as smaller fuel particles in the mixture as they burn out with a small fraction of inert material are removed from the layer with a mixture of gaseous products of combustion and excess fluidizing air.
В топке и газоходах частицы топлива продолжают гореть, выделяя тепло, однако в целом высокозольная смесь, вступая в механический и тепловой контакт с тепловоспринимающими поверхностями, охлаждается; охлаждение смеси в ряде случаев продолжается в специальных теплообменниках и после отделения от газообразных продуктов сгорания в циклоне, после чего минеральный компонент циркулирующей части слоя в смеси с недогоревшими частицами топлива, охлажденный в большей или меньшей степени, возвращается в стационарную часть слоя, откуда, отняв на свой нагрев часть тепла стационарного слоя и пополненный новой порцией горящего мелкого топлива, снова движется по рециркуляционному пути.In the furnace and gas flues, the fuel particles continue to burn, generating heat, however, in general, the high-ash mixture, entering into mechanical and thermal contact with heat-absorbing surfaces, is cooled; In some cases, the mixture continues to be cooled in special heat exchangers after separation from the gaseous products of combustion in the cyclone, after which the mineral component of the circulating part of the layer in the mixture with unburned fuel particles, cooled to a greater or lesser extent, returns to the stationary part of the layer, from where, having taken away part of the heat of the stationary layer and replenished with a new portion of burning small fuel, moves again along the recirculation path.
Переизмельченная в процессе циркуляции часть минерального компонента в циклоне-разделителе не осаждается, проходит с потоком продуктов сгорания топлива и избыточного воздуха газовый тракт котлоагрегата и улавливается вместе с золой-уносом в золоуловителе.The part of the mineral component that is over-crushed during the circulation process is not precipitated in the separator cyclone, it passes through the gas path of the boiler unit with the flow of products of combustion of fuel and excess air and is collected together with fly ash in the ash collector.
При количестве частиц необходимого размера в зольной части вновь поступающего топлива больше количества измельченной и отвеянной части минерального компонента слоя, последний постепенно замещается зольным материалом, а избыток крупной золы из стационарной части слоя "сливается"; при нехватке золы для замещения измельченной части минерального компонента производится добавка этого компонента.When the number of particles of the required size in the ash part of the newly supplied fuel is greater than the amount of the crushed and eliminated part of the mineral component of the layer, the latter is gradually replaced by ash material, and the excess of large ash from the stationary part of the layer "merges"; when there is a lack of ash to replace the crushed part of the mineral component, this component is added.
Описанные технические решения, обеспечив снижение уровня генерации оксидов азота, в то же время обладают рядом недостатков:The described technical solutions, providing a decrease in the level of nitrogen oxide generation, at the same time, have a number of disadvantages:
- резко сниженное за счет уменьшения температурного напора восприятие тепла как конвективными, так и, в особенности, радиационными, экранированными высокой запыленностью охлаждаемого потока поверхностями нагрева (топочными и размещенными в газоходах до циклона), требует существенного увеличения их размера;- sharply reduced due to a decrease in the temperature head, the perception of heat by both convective and, in particular, radiation, shielded by high dustiness of the cooled flow heating surfaces (furnace and placed in the flues to the cyclone), requires a significant increase in their size;
- повышенная ввиду необходимости транспортировки крупного материала скорость потока приводит, вследствие его существенной запыленности, к усиленному абразивному износу поверхностей нагрева;- increased due to the need to transport large material, the flow rate leads, due to its significant dust content, to increased abrasive wear of the heating surfaces;
- пневматическое транспортирование большого количества твердого материала (смесь инертного компонента с мелким топливом), как и функционирование циклона-разделителя, требует большого расхода энергии; эти энергозатраты во много раз превышают затраты на поддержание в псевдоожиженном состоянии стационарного кипящего слоя и несоизмеримы с энергозатратами на движение газов в обычной камерной топке и высокотемпературных газоходах.- pneumatic transportation of a large amount of solid material (a mixture of an inert component with small fuel), as well as the operation of the cyclone separator, requires a large energy consumption; these energy costs are many times higher than the costs of maintaining a stationary fluidized bed in a fluidized state and are incommensurable with the energy costs of moving gases in a conventional chamber furnace and high-temperature flues.
Известны технические решения (например, АС СССР, кл. F23 С 9/04, опубл. 15.03.81), позволяющие, выдержав температуру первых стадий реагирования на уровне, обеспечивающем снижение генерации оксидов азота, организовать дальнейший процесс горения, - сжигание продуктов газификации и откоксованного топлива, - в камерной топке, при концентрационных и температурных условиях, в большей степени способствующих минимизации энергозатрат, оптимальному протеканию процессов теплопередачи и повышению надежности оборудования.Technical solutions are known (for example, the USSR AS, class F23 С 9/04, publ. March 15, 81), which, having kept the temperature of the first stages of the reaction at a level that ensures a decrease in the generation of nitrogen oxides, organize a further combustion process — burning gasification products and coking fuel - in a chamber furnace, under concentration and temperature conditions, more conducive to minimizing energy consumption, optimal heat transfer processes and improving equipment reliability.
В упомянутом решении на воздухораспределительный под поступает все топливо, там, поддерживаемое в состоянии псевдоожижения аэрирующим воздухом, оно газифицируется и частично сгорает.In the aforementioned solution, all fuel enters the air distribution box; there, supported in the state of fluidization by aerating air, it is gasified and partially burned.
Необходимость введения (накопления) инертного материала и его количество определяется только условиями оптимальной флюидизация слоя.The need for the introduction (accumulation) of inert material and its amount is determined only by the conditions of optimal fluidization of the layer.
Ожижение слоя осуществляется воздухом, подаваемым в количестве, существенно меньшем, чем теоретически необходимое для горения всего топлива, что следует из приведенной в АС схемы воздухораспределения, - по-видимому, не более обычно задаваемой доли первичного воздуха (0,25...0,30 от общего), - обеспечивающего газификацию и частичное сгорание топлива при температурах ниже адиабатической.The layer is liquefied by air supplied in an amount substantially less than theoretically necessary for the combustion of all fuel, which follows from the air distribution scheme given in the AC, which is apparently no more than the usually set fraction of primary air (0.25 ... 0, 30 of the total), - providing gasification and partial combustion of fuel at temperatures below adiabatic.
Газообразные продукты горения и газификации выносят частицы несгоревшего термически обработанного при температуре слоя топлива в камеру дожигания (по сути дела - камерную топку); туда же подается воздух в количестве, необходимом для полного сгорания поступивших в нее горючих веществ, что, при достаточно высоких температурах и малых конечных концентрациях взвешенных веществ, обеспечивает нормальную теплопередачу и не приводит к абразивному износу поверхностей нагрева.Gaseous products of combustion and gasification carry particles of unburned heat-treated at a temperature layer of fuel into the afterburner (in fact, a chamber furnace); air is supplied there in the amount necessary for the complete combustion of the combustible substances that entered it, which, at sufficiently high temperatures and low final concentrations of suspended solids, ensures normal heat transfer and does not lead to abrasive wear of the heating surfaces.
С целью обеспечения полного выгорания горючих точки ввода топлива и вывода шлака из кипящего слоя разнесены по горизонтали на возможно большее расстояние, а на пути перемещения материала установлен ряд вертикальных перегородок, обеспечивающих за счет извилистости пути увеличение времени движения удаляемого материала.In order to ensure complete burning of combustible fuel entry points and the removal of slag from the fluidized bed, they are spaced horizontally as far as possible, and a number of vertical partitions are installed along the material moving path, which, due to the tortuous path, increase the time of movement of the removed material.
Обсужденное техническое решение, наряду с отмеченными достоинствами, обладает и рядом недостатков, к которым относятся:The discussed technical solution, along with the noted advantages, has a number of disadvantages, which include:
- невозможность должным образом управлять процессом реагирования и принятого в обсуждаемом решении аэрогравитационного перемещения материала в топке кипящего слоя ввиду отсутствия устройств для регулирования и распределения воздуха, подаваемого под слой как в секциях основной зоны горения, так и в секциях дожигания горючих из шлака;- the inability to properly manage the response process and the aerogravitational movement of material adopted in the discussed solution in the fluidized bed furnace due to the lack of devices for regulating and distributing the air supplied under the layer both in sections of the main combustion zone and in sections for the combustion of combustible slag;
- нерациональность выбранной схемы перемещения материала слоя от питателя топлива до точки вывода шлака по горизонтали, между вертикальными перегородками, установленными на горизонтальной воздухораспределительной решетке;- irrationality of the selected scheme for moving the layer material from the fuel feeder to the horizontal slag outlet point, between vertical partitions mounted on a horizontal air distribution grill;
автоматически такое решение приводит к возникновению перепада верхнего уровня материала слоя в направлении его движения и способно практически разрегулировать необходимое для нормального реагирования в слое соотношение "топливо-воздух".automatically, such a solution leads to a difference in the upper level of the layer material in the direction of its movement and is able to practically regulate the fuel-to-air ratio necessary for a normal reaction in the layer.
Известны технические решения, предусматривающие возможность управления движением материала слоя за счет организованного распределения флюидизирующего воздуха, достигаемого конструктивным исполнением элементов топки (пода, узлов подвода воздуха и отвода газов).Known technical solutions that provide the ability to control the movement of the material of the layer due to the organized distribution of fluidizing air, achieved by the design of the furnace elements (hearth, air supply and gas exhaust units).
Под топки, выполненный (Патент RU 2170879, С1 кл. F23 С 10/20, опубл. 20.07.01) в виде пирамиды, ориентированной вершиной вниз, обусловливает меньшую глубину (следовательно, и аэродинамическое сопротивление) слоя и повышенный расход воздуха по периметру пода.Under the furnace, made (Patent RU 2170879, C1 class F23 С 10/20, published on July 20, 01) in the form of a pyramid oriented downward, causes a smaller depth (hence, aerodynamic resistance) of the layer and increased air flow around the perimeter .
В слое возникает организованное движение дисперсного материала (инертной составляющей и топлива, поступившего на ее поверхность) вглубь слоя в центре пода и к поверхности - по его периферии.In the layer, an organized movement of the dispersed material (inert component and fuel entering its surface) deep into the layer in the center of the hearth and to the surface - along its periphery.
В качестве топлива в рассматриваемом патенте выступает водоугольное топливо (ВУТ), представляющее собой суспензию порошкообразного угля в воде, то есть наличие крупных золовых включений в топливе исключено, а это делает излишней организацию слива шлака из слоя и снимает проблему потери частиц топлива вместе с инертным материалом при продувке слоя.The fuel in the patent in question is water-coal fuel (HFC), which is a suspension of powdered coal in water, that is, the presence of large ash inclusions in the fuel is excluded, which makes the organization of slag discharge from the layer unnecessary and eliminates the problem of loss of fuel particles together with an inert material when purging the layer.
Основными недостатками описанного решения являются:The main disadvantages of the described solutions are:
- отсутствие возможности оперативно перераспределять количества воздуха, подаваемого на участки нисходящего и восходящего движения слоя, т.е. невозможность регулировать скорость и степень реагирования топлива;- the inability to quickly redistribute the amount of air supplied to the sections of the downward and upward movement of the layer, i.e. the inability to control the speed and degree of response of the fuel;
- зависимость соотношения площадей нисходящего и восходящего движения слоя от фактической высоты слоя, что ограничивает оперативный диапазон регулирования производительности топки.- the dependence of the ratio of the areas of the downward and upward movement of the layer on the actual height of the layer, which limits the operational range of regulation of the productivity of the furnace.
Под топки (Патент RU 2154235, кл. F23 С 10/10, опубл. 10.08.2000) выполнен приблизительно круглым в горизонтальной проекции в виде воздухораспределительной решетки, имеющей форму конуса вершиной вверх (с наклоном поверхности от центра топки к ее периферии).Under the furnace (Patent RU 2154235,
В плоскости основания конуса пода концентрично ему за его внешним краем оставлена щель (возможно, ряд течек), через которую может быть выведен материал слоя, частично или весь полностью.In the plane of the base of the hearth cone, a gap (possibly a series of leaks) is left behind it concentrically behind its outer edge, through which the layer material, partially or completely, can be removed.
Воздухоподводящая камера разделена концентрической перегородкой на две части таким образом, что воздух может независимо подаваться к центральной круглой зоне пода и к его кольцевой периферической зоне, а внешняя стенка топки выполнена с сужением, образующим над кольцевой зоной пода своего рода дефлектор - отражатель.The air supply chamber is divided into two parts by a concentric partition in such a way that air can be independently supplied to the central circular zone of the hearth and to its annular peripheral zone, and the outer wall of the furnace is made with a constriction, which forms a kind of deflector - reflector above the annular zone of the hearth.
Воздух, подаваемый к центральной и кольцевой зонам пода, распределяют таким образом, что псевдоожиженный материал слоя, увлекая за собой и поступающее на него сверху топливо, движется в центре топки вниз (он аэрирован в малой степени и средняя плотность взвеси велика), а в кольцевой зоне - вверх (степень аэрации слоя выше и, следовательно, его плотность в этой зоне ниже, чем в центральной).The air supplied to the central and annular zones of the hearth is distributed in such a way that the fluidized material of the bed, dragging fuel along with it and coming from above, moves downward in the center of the furnace (it is aerated to a small degree and the average suspension density is high), and in the annular zone - up (the degree of aeration of the layer is higher and, therefore, its density in this zone is lower than in the central one).
В центральной части топки свежее топливо смешивается с горячим инертным материалом, содержащим коксовый остаток ранее поступившего топлива, и, продвигаясь навстречу сжижающему газу, состоящему из смеси водяных паров, продуктов сгорания, летучей части горючей массы топлива, а также неиспользованного воздуха, подсушивается, коксуется и частично сгорает, выделяя тепло, которое переносится сжижающим газом навстречу топливу, обеспечивая протекание перечисленных процессов.In the central part of the furnace, fresh fuel is mixed with hot inert material containing the coke residue of previously received fuel, and moving towards a liquefying gas consisting of a mixture of water vapor, combustion products, the volatile part of the combustible mass of fuel, as well as unused air, is dried, coked and it partially burns, releasing heat, which is transported by the fluidizing gas towards the fuel, ensuring the course of these processes.
В кольцевой зоне кипящего слоя кокс подвергшегося термической деструкции топлива в смеси с инертным материалом слоя движется спутно с сжижающим газом исходного состава (воздухом) вверх.In the annular zone of the fluidized bed, coke subjected to thermal degradation of the fuel in a mixture with an inert material of the layer moves upward with the fluidizing gas of the initial composition (air).
Часть кокса термически деструктированного топлива сгорает в объеме восходящего потока кольцевой зоны, нагревая инертный компонент слоя.Part of the coke of thermally degraded fuel burns in the upward volume of the annular zone, heating the inert component of the layer.
Несгоревший кокс частично выносится из слоя продуктами сгорания в смеси с непрореагировавшим воздухом в камерную зону сгорания, частично в смеси с инертным материалом перетекает в центральную часть топки, включаясь в нисходящее движение материала кипящего слоя.Unburned coke is partially removed from the layer by combustion products mixed with unreacted air into the combustion chamber, partially mixed with inert material flows into the central part of the furnace, being included in the downward movement of the fluidized bed material.
Преодолевший верхнюю границу любой части псевдоожиженного слоя флюидизирующий газ (смесь в различных соотношениях горючих газов, разбавленная продуктами сгорания и незначительным количеством воздуха) выходит в камерную часть топки, где сжигается в высокотемпературном факеле при организованном подводе горячего воздуха.Having overcome the upper boundary of any part of the fluidized bed, a fluidizing gas (a mixture in various proportions of combustible gases, diluted with combustion products and a small amount of air) enters the chamber part of the furnace, where it is burned in a high-temperature flame with an organized supply of hot air.
Вынесенная газами минеральная пыль, образовавшаяся в результате измельчения инертного компонента кипящего слоя, совместно с образовавшейся при сгорании топлива в слое и в факеле мелкой золой, уносится дымовыми газами и осаждается из уходящих газов в золоуловителе.Mineral dust removed by gases resulting from grinding of the inert component of the fluidized bed, together with fine ash formed during fuel combustion in the bed and in the flare, is carried away by flue gases and precipitated from the exhaust gases in an ash collector.
Крупные фракции минеральной части топлива, а также выпавшие из камерной части топки в кипящий слой тяжелые шлаковые частицы входят в состав инертного компонента материала слоя.Large fractions of the mineral part of the fuel, as well as heavy slag particles deposited from the chamber part of the furnace into the fluidized bed, are part of the inert component of the layer material.
Наиболее крупные частицы (шлак) удаляются путем фракционирования материала слоя, слитого из топки по периферической концентрической поду щели (через течки с системой шлюзов и дозаторов).The largest particles (slag) are removed by fractionation of the material of the layer drained from the furnace along a peripheral concentric sub-slot (through estrus with a system of locks and batchers).
В конкретном случае горячий, слитый при температуре до 650°С, материал слоя частично охлаждается путем теплообмена через разделительную стенку воздухом, направляемым для организации горения.In a specific case, hot, fused at temperatures up to 650 ° C, the material of the layer is partially cooled by heat exchange through the dividing wall with air directed to organize combustion.
Отсепарированный крупный материал удаляется, инертные частицы нужной дисперсности вместе с частицами откоксованного топлива, входившими в состав сливаемого материала, возвращаются в кипящий слой, поступая вместе со свежим топливом в его центральную, газификационную зону с нисходящим движением материала.The separated coarse material is removed, inert particles of the required dispersion together with the particles of coked fuel included in the composition of the material to be drained are returned to the fluidized bed, entering together with fresh fuel in its central gasification zone with a downward movement of the material.
Рассмотренный аналог, принятый нами за прототип, поскольку содержит наибольшее количество признаков, присущих заявляемым решениям, обладает рядом существенных недостатков, к которым относятся:The considered analogue, adopted by us for the prototype, because it contains the largest number of features inherent in the claimed solutions, has a number of significant drawbacks, which include:
1. Отсутствие конструктивных элементов, разделяющих участки кипящего слоя с разнонаправленным движением материала, что приводит к1. The absence of structural elements separating sections of the fluidized bed with multidirectional movement of the material, which leads to
- возникновению застойных зон без подвода и отвода реагентов, в объеме которых топочные процессы практически не протекают (например, в области воображаемой оси тора, образуемого потоком циркулирующего из опускного в подъемный участок материала), вследствие чего снижается эффективность реагирования и производительность устройства;- the occurrence of stagnant zones without the supply and removal of reagents, in the volume of which the combustion processes practically do not occur (for example, in the region of the imaginary axis of the torus formed by the flow of material circulating from the downward to the lifting section), which reduces the response efficiency and device productivity;
- самопроизвольной рециркуляции части материала с выходом некоторого количества негазифицированного топлива из опускного участка (по терминологии Прототипа - "зоны газификации G") в подъемный поток ("зону окисления S"), что приводит к сгоранию летучей составляющей его горючей массы и существенно снижает качество продуктов газификации;- spontaneous recirculation of part of the material with the release of a certain amount of non-gasified fuel from the downstream section (according to the Prototype terminology - “gasification zone G”) into the upstream (“oxidation zone S”), which leads to the combustion of the volatile component of its combustible mass and significantly reduces the quality of the products gasification;
2. Принципиальная невозможность достичь минимального содержания горючих веществ в сливаемом материале слоя, поскольку в слоевой зоне сжигания комбинированной топки самим процессом предусматривается лишь частичное выгорание топлива; в замкнутом основном цикле функционирования рассмотренной слоевой части топки вообще нет мест со сниженным содержанием горючего компонента, откуда мог бы быть организован слив материала слоя;2. The fundamental impossibility of achieving a minimum content of combustible substances in the drained material of the layer, since in the layer zone of burning a combined furnace, the process itself provides for only partial burnup of fuel; in a closed main cycle of functioning of the considered layer part of the furnace there are generally no places with a reduced content of combustible component, from where the discharge of the layer material could be organized;
в обсуждаемом техническом решении не предусмотрен, как это делается в системах индивидуально действующих топок с кипящим стационарным слоем, специальный участок, предназначенный для достаточно глубокого озоления сливаемого материала слоя;the technical solution under discussion does not provide, as is done in systems of individually operating furnaces with a fluidized stationary layer, a special section designed for sufficiently deep ashing of the merged layer material;
более того, вывод материала производится из нижней части подъемного участка (то есть до входа в "зону окисления S"), в месте, куда поступает практически весь объем кокса и недообработанного топлива из опускного участка кипящего слоя ("зоны газификации G");moreover, the material is removed from the lower part of the lifting section (that is, before entering the “oxidation zone S”), in a place where almost the entire volume of coke and raw fuel comes from the lower section of the fluidized bed (“gasification zone G”);
указанное обстоятельство привело авторов разработки к необходимости использовать при манипуляциях с выведенным из слоя материалом устройства и механизмы, исключающие или предельно ограничивающие непосредственный контакт горячего материала с воздухом:This circumstance led the authors of the development to the need to use, when manipulating material removed from the layer, devices and mechanisms that exclude or limit the direct contact of hot material with air:
охлаждение дисперсного материала, содержащего горючую составляющую, нагреваемым воздухом исключено, вынужденно выбран поверхностный теплообменник охлаждения сливаемого материала (воздухоохлаждаемая стенка бункера) с передачей тепла сливаемого материала воздуху;cooling of the dispersed material containing the combustible component with heated air is excluded; the surface heat exchanger for cooling the drained material (air-cooled bunker wall) is forced to select with the transfer of heat of the drained material to air;
такое устройство неспособно обеспечить высокую теплопередачу вследствие низких коэффициентов теплоотдачи как со стороны воздуха, так и, в особенности, со стороны дисперсного материала;such a device is unable to provide high heat transfer due to low heat transfer coefficients both from the air side and, in particular, from the dispersed material side;
- для горизонтального и вертикального перемещения слитого достаточно горячим материала слоя, содержащего сгораемые примеси, вынужденно применены механические устройства (винтовые транспортеры, ковшевые элеваторы, герметичные дозаторы и иные механизмы);- for horizontal and vertical movement of a layer of material containing combustible impurities merged with a sufficiently hot material, mechanical devices (screw conveyors, bucket elevators, sealed dispensers and other mechanisms) have to be used;
эти устройства достаточно эффективны с точки зрения энергозатрат, однако диктуют жесткие ограничения по температурам, дисперсному составу, реакционной способности и иным свойствам транспортируемого материала, затратны и достаточно сложны в обслуживании и ремонте, создают компоновочные сложности при проектировании предприятий;these devices are quite effective in terms of energy consumption, however, they impose severe restrictions on temperatures, disperse composition, reactivity and other properties of the transported material, are expensive and quite difficult to maintain and repair, create layout difficulties in the design of enterprises;
3. Организация слива материала слоя топки с кипящим слоем по всему ее периметру, длина которого превышает утроенный диаметр топки, и сосредоточенный однопоточный ввод топлива в центр кипящего слоя;3. The organization of the discharge of the material of the furnace bed with a fluidized bed along its entire perimeter, the length of which exceeds the tripled diameter of the furnace, and a concentrated single-line fuel input into the center of the fluidized bed;
такая компоновка определена принятой авторами обсуждаемого технического решения осесимметричной схемой движения материала псевдоожиженного слоя;such an arrangement is determined by the axisymmetric motion scheme of the fluidized bed material adopted by the authors of the discussed technical solution;
сосредоточенный ввод топлива нерационален, так какconcentrated fuel input is irrational since
- предполагает работу одного питателя на полный расход топлива, потребляемого обеими ступенями сжигания - слоевой и камерной;- involves the operation of one feeder for the total fuel consumption consumed by both stages of combustion - layered and chamber;
такое решение снижает глубину регулирования расхода топлива и осложняет задачу резервирования оборудования;such a solution reduces the depth of fuel consumption regulation and complicates the task of equipment redundancy;
- ставит непростую конструктивную задачу обеспечения подвода топлива и возвращаемого материала слоя на расстоянии радиуса топки в ее центр через зону высокотемпературного горения в камерной зоне топки;- poses a difficult constructive task of ensuring the supply of fuel and the returned material of the layer at a distance of the radius of the furnace to its center through the zone of high-temperature combustion in the chamber zone of the furnace;
- предоставляет топливу, поступившему в центральную (опускную) зону кипящего слоя самостоятельно равномерно распределиться по ней и по кольцевой (подъемной) зоне, что, по-видимому, недостижимо без обеспечения строго соосного входа топлива в слой, идеально равномерной подачи воздуха в любую точку обеих зон, горизонтальности пода и т.п.;- provides fuel that enters the central (lowering) zone of the fluidized bed independently uniformly distributed along it and along the annular (lifting) zone, which, apparently, is unattainable without ensuring strictly coaxial entry of fuel into the layer, ideally uniform air supply to any point of both zones, horizontal horizons, etc .;
малейшее нарушение этих (и многих других) условий вызовет "перекосы" по температуре и степени выгорания в различных секторах кипящего слоя;the slightest violation of these (and many other) conditions will cause “distortions” in temperature and degree of burnout in various sectors of the fluidized bed;
периферийный слив материала слоя нерационален, так какperipheral discharge of the layer material is irrational, since
- позволяет сливаемому материалу слоя, если не будут установлены многочисленные дозаторы раскаленного материала на уровне воздухораспределительного пода непосредственно по его внешнему краю, самостоятельно распределяться, ссыпаясь по наклонным стенкам пустого, высотой примерно равного диаметру топки бункера-течки (заполнение бункера с установкой дозатора внизу, на выходе из него, как это показано на иллюстрациях прототипа, приведут за счет малейшей несимметричности и невертикальности бункера к еще большей неравномерности слива материала слоя, а также практически полностью прекратит теплообмен между сливаемым материалом через стенку бункера с воздухом вследствие очень малой скорости перемещения или полной неподвижности заполняющего бункер материала и очень низкой теплопроводности насыпного состояния любого, даже высокотеплопроводного в плотном виде, дисперсного вещества (обычно эту особенность "засыпок" в разных отраслях промышленности, в частности на энергогенерирующих предприятиях и в промышленной энергетике, используют в целях теплоизоляции).- allows the material to be drained, if numerous dispensers of incandescent material at the level of the air distribution hearth are not installed directly along its outer edge, independently distributed, pouring along the inclined walls of an empty, approximately equal to the diameter of the firebox of the hopper-estrus (filling the hopper with the dispenser installed below, on exit from it, as shown in the illustrations of the prototype, will lead, due to the slightest asymmetry and non-verticality of the hopper to an even more uneven discharge of material rial layer, as well as almost completely stop the heat transfer between the drained material through the wall of the hopper with air due to the very low speed of movement or complete immobility of the material filling the hopper and very low thermal conductivity of the bulk state of any particulate matter, even highly heat-conducting in dense form (usually this feature of “backfill” "in various industries, in particular in energy generating enterprises and in industrial energy, they are used for thermal insulation).
Цель изобретения - оптимизировать способ (сочетание схем, процессов и иных условий его реализации) и устройство (конструкции, механизмы, компоновочные решения) для осуществления наиболее экономически и экологически рациональной организации стадийного сжигания органического топлива.The purpose of the invention is to optimize the method (a combination of schemes, processes and other conditions for its implementation) and the device (structures, mechanisms, layout solutions) for the implementation of the most economically and environmentally sound organization of staged combustion of fossil fuels.
Поставленная цель достигается тем, чтоThis goal is achieved by the fact that
1. В способе двухстадийного сжигания горючих веществ, осуществляемом путем частичного сжигания и газификации топлива в кипящем слое с экологически обусловленной (заданной) низкой температурой сжигания, регенерацию избыточного тепла реагирования, определяемого как превышение всего выделившегося в первой стадии сжигания тепла над энергозатратами на поддержание изотермичности процессов, протекающих при реализации этой стадии в условиях псевдоожиженного слоя, в процессе обеих стадий реагирования производят, в отличие от прототипа, не путем низкоэффективного поверхностного теплообмена между охлаждаемым дисперсным материалом слоя, содержащим, кроме инертного компонента, значительное количество горючих веществ (недожженное топливо, газификационный кокс), и воздухом, используемым для горения топлива, а путем высокоэффективного контактного теплообмена этого воздуха с дисперсным минеральным компонентом материала слоя, который перед этим практически полностью освобождают от горючих примесей.1. In the method of two-stage combustion of combustible substances, carried out by partial combustion and gasification of fuel in a fluidized bed with an environmentally determined (predetermined) low combustion temperature, the regeneration of excess heat of reaction, defined as the excess of all the heat released in the first stage of combustion over energy costs to maintain isothermal processes proceeding during the implementation of this stage in a fluidized bed, during both stages of the reaction produce, in contrast to the prototype, not the low-efficiency surface heat exchange between the cooled dispersed material of the layer containing, in addition to the inert component, a significant amount of combustible substances (unburned fuel, gasification coke) and the air used to burn the fuel, and by highly efficient contact heat transfer of this air with the dispersed mineral component of the material of the layer, which before this is almost completely exempt from combustible impurities.
2. В способе и устройстве, предлагаемых нами, перемещение материала кипящего слоя в нужном месте с необходимой интенсивностью так же, как и в прототипе, обеспечивают подачей под слой необходимого для реагирования топливного компонента и псевдоожижения всей массы дисперсного материала количества воздуха через индивидуальные участки воздухораспределительного пода; количество, форму и расположение отдельных участков пода определяют для каждой конкретной конструкции, воздух регулируют и подводят к каждому из участков индивидуально.2. In the method and device proposed by us, the movement of the fluidized bed material in the right place with the necessary intensity, as well as in the prototype, is provided by supplying under the bed the required amount of air for the reaction of the fuel component and fluidization of the whole mass of dispersed material through individual sections of the air distribution duct ; the quantity, shape and location of the individual sections of the hearth are determined for each particular structure, the air is regulated and supplied to each of the sections individually.
В то же время разнонаправленные потоки материала и направленные в одну сторону, но разноскоростные струи флюидизирующего эти потоки воздуха, взаимодействуют в поверхностях контакта, очень быстро образующих контактные вихревые зоны, что приводит к размыванию потоков и нерациональному микшированию их составов.At the same time, multidirectional flows of material and directed in the same direction, but different-velocity jets of fluidizing air flows, interact in contact surfaces that very quickly form contact vortex zones, which leads to erosion of flows and irrational mixing of their compositions.
В отличие от прототипа в предлагаемом решении индивидуальные разнонаправленные потоки псевдоожиженного материала слоя с целью не допустить их взаимного размывания и перемешивания топливных компонентов разных стадий реагирования разделяют специальными вертикальными перегородками, сплошность которых прерывается окнами или прорезями необходимого сечения только в местах заданных стыковок разделенных потоков в единые циркуляционные или(и) транзитные потоки.Unlike the prototype, in the proposed solution, individual multidirectional flows of fluidized bed material in order to prevent their mutual erosion and mixing of the fuel components of different reaction stages are separated by special vertical partitions, the continuity of which is interrupted by windows or slots of the required section only at the specified joints of the divided flows into single circulation or (and) transit flows.
3. Так же, как и в прототипе, в реагирующем кипящем слое создают слабоаэрированную плотную "зону газификации G" с нисходящим потоком материала слоя, а также интенсивно аэрируемую, менее плотную "зону окисления S" с восходящим потоком материала слоя, которые, объединенные последовательно, образуют вертикальный циркуляционный контур.3. As in the prototype, a weakly aerated dense “gasification zone G” with a downward flow of layer material, as well as an intensely aerated, less dense “oxidation zone S” with an upward flow of layer material, which are combined in series form a vertical circulation circuit.
Циркуляционный контур совмещают с транзитными потоками - вводом в начало (верхнюю часть) зоны G свежего топлива и охлажденного вне топочного устройства материала слоя, а также выводом газообразных и твердых продуктов частичного реагирования и газификации топлива в объем камерной зоны горения с верхнего уровня всех зон кипящего слоя и сливом части материала слоя.The circulation circuit is combined with transit flows - by introducing fresh fuel and layer material cooled outside the furnace device into zone G (beginning of the upper part), and also by withdrawing gaseous and solid products of partial reaction and gasification of fuel into the volume of the combustion chamber from the upper level of all zones of the fluidized bed and draining part of the material layer.
В отличие от прототипа в предлагаемом решении слив части материала слоя выполняют в виде самостоятельной, нисходящей от верхнего уровня слоя "зоны слива F", получающую материал слоя непосредственно от выходного конца восходящего потока материала, выходящего из зоны S, причем зону F интенсивно аэрируют индивидуально подаваемым к ней воздухом, при необходимости подогретого, добиваясь предельного выгорания из материала слоя коксового остатка, а сама зона F служит опускным патрубком известного пневмослоевого затвора.In contrast to the prototype, in the proposed solution, part of the material of the layer is drained in the form of an “discharge zone F” descending from the upper level of the layer, receiving the layer material directly from the output end of the upward flow of material exiting zone S, and zone F is intensively aerated by individually fed to it with air, if necessary heated, achieving maximum burnout of the coke residue layer from the material, and zone F itself serves as a lowering pipe of the known pneumatic layer shutter.
4. Сохраняя, в качестве одного из вариантов, принятую в прототипе осевую симметрию топки (круглая или, что более технологично, многогранная топка) и радиального в плане движения псевдоожиженной смеси инертного и горючего материала, а также реализуя отличия, перечисленные в вышеизложенных пунктах 1 и 2 в отличие от прототипа в предлагаемом решении радиальное в плане движение материала в кипящем слое организуют от внешней стенки топки к ее геометрическому центру, для чего зону G выполняют в виде внешнего кольца, к которому подвод топлива и охлажденного вне установки инертного материала слоя производят несколькими питателями, равномерно распределенными по периметру цилиндрической топки, зону S также выполняют кольцеобразной, примыкающей к зоне G изнутри, а зону F выполняют круглой, примыкающей изнутри к зоне S, причем воздухораспределительный под выполняют в виде перевернутого усеченного конуса с уклоном в сторону центра топки и с малым основанием, представляющим собой отверстие диаметром, равным диаметру цилиндрической зоны F, которая вертикально пересекает под, проходя сквозь отверстие его малого основания, и, соединяясь нижним концом, через переходную камеру, с подъемным выходным патрубком с самостоятельным источником аэрирующего воздуха, выступает в роли опускного входного патрубка известного пневмослоевого затвора.4. Keeping, as one of the options, the axial symmetry of the furnace (round or, more technologically, multi-faceted furnace) and radial in terms of movement of the fluidized mixture of inert and combustible material adopted in the prototype, as well as realizing the differences listed in paragraphs 1 and above 2, in contrast to the prototype, in the proposed solution, radial in terms of motion of the material in the fluidized bed is organized from the outer wall of the furnace to its geometric center, for which zone G is made in the form of an outer ring, to which fuel is supplied and oh A layer deposited outside the installation of the inert material is produced by several feeders evenly distributed around the perimeter of the cylindrical furnace, zone S is also made ring-shaped adjacent to zone G from the inside, and zone F is made circular, adjacent from the inside to zone S, and the air distribution underneath is made in the form of an inverted truncated cone with a slope towards the center of the furnace and with a small base, which is a hole with a diameter equal to the diameter of the cylindrical zone F, which vertically intersects under, passing oz opening its small base, and connecting a lower end, through a transfer chamber, with a lifting outlet nozzle with an independent source of aeration air, acts as the inlet downcomer known pnevmosloevogo shutter.
5. При условии сохранения признаков, общих с прототипом, а также внесения изменений и дополнений согласно п.п.1 - 3 В отличие от прототипа в предлагаемом решении полностью освобожденный от горючих компонентов в зоне слива F горячий материал слоя дозируют работой известного пневмослоевого затвора, транспортируют на разных этапах манипулирования в примерно горизонтальном направлении известными аэрогравитационными способами (например, аэрожелобами) и в вертикальном направлении известными пневматическими способами (например, пневмоэлеваторами), а охлаждают с нагревом воздуха, используемого при горении, в известных контактных слоевых или гравитационных теплообменниках (например, пересыпных холодильниках).5. Provided that the signs common with the prototype are preserved, as well as changes and additions are made according to items 1 to 3, in contrast to the prototype, in the proposed solution, the hot material of the layer completely dispensed with combustible components in the discharge zone F is dosed with the operation of a known pneumatic layer shutter, transported at different stages of manipulation in an approximately horizontal direction by known aerogravitational methods (e.g., aerogloves) and in the vertical direction by known pneumatic methods (e.g., pneumatic elevator Rami), and cooled with heating of the air used during combustion, in known contact layer or gravitational heat exchangers (for example, overflow refrigerators).
Отличия от прототипа свидетельствуют, что в предлагаемом решении присутствуют существенные полезность (п.1...5) и новизна (п.2, 4).Differences from the prototype indicate that in the proposed solution there are significant utility (p. 1 ... 5) and novelty (p. 2, 4).
Заявленный способ реализуется в заявленном устройстве, представляющем собой технологический комплекс (фиг.1), включающий в свой состав, наряду со специализированным вспомогательным оборудованием, комбинированное топочное устройство для двухстадийного, - последовательно слоевого и камерного, - сжигания топлива.The claimed method is implemented in the claimed device, which is a technological complex (Fig. 1), which includes, along with specialized auxiliary equipment, a combined furnace device for two-stage, sequentially layered and chamber, combustion of fuel.
Упомянутый технологический комплекс образован:The mentioned technological complex is formed by:
- цилиндрической топкой кипящего слоя L, включающей наклонную воздухораспределительную решетку 01, воздушные камеры 02 и реакционную зону 03, разделенные перегородками 04, имеющими прорези (окна) 05 для обеспечения неразрывности потоков материала, на специализированные по направлению движения материала, интенсивности аэрации слоя, рабочей температуре и степени реакционной модификации топлива концентрические зоны G, S и F, а также питатели 18 для дозированной подачи топлива и инертного материала в зону G и шлюзовое устройство (например, известный пневмослоевой затвор) 22 для регулируемого отвода инертного компонента материала слоя из зоны F;- a cylindrical furnace of a fluidized bed L, including an inclined
- круглой (многогранной) камерной топкой С, оборудованной системой сопел 21 для подачи горячего воздуха, необходимого для достижения полного сгорания продуктов газификации и неполного сгорания топлива, поступающих в нее через верхний уровень псевдоожиженного материала, участвующего в функционировании топки кипящего слоя L;- a round (multifaceted) chamber furnace C, equipped with a
- комплектом вспомогательных устройств, механизмов и узлов, обеспечивающих:- a set of auxiliary devices, mechanisms and components, providing:
пневмотранспорт во всех направлениях топлива, а также горячего и холодного материала слоя вне топочных устройств (например, известными аэрожелобами 11 и пневмоэлеваторами 13);pneumatic transport in all directions of fuel, as well as hot and cold layer material outside the combustion devices (for example, the well-known aero chutes 11 and pneumatic elevators 13);
высокоэффективный контактный теплообмен между слитым из топки горячим инертным компонентом материала слоя и воздухом, подаваемым для горения (например, в известных гравитационных полочных пересыпных холодильниках - нагревателях воздуха 17);highly effective contact heat exchange between the hot inert component of the layer material that is drained from the furnace and the air supplied for combustion (for example, in known gravitational shelf overflow refrigerators - air heaters 17);
компримирование (например, серийными воздуходувками 14) и регулируемую подачу системой воздуховодов (06...10, 12) сжатого воздуха, необходимого для аэрации слоя и обеспечения реагирования в нем части топлива, а также для работы пневмотранспортных устройств;compression (for example, serial blowers 14) and the regulated supply of compressed air by the air duct system (06 ... 10, 12), necessary for aeration of the layer and for the reaction of part of the fuel in it, as well as for the operation of pneumatic conveying devices;
подачу низконапорного воздуха, необходимого для работы устройства охлаждения (17) материала слоя и поддержания горения в камерной топке С (например, серийными дутьевыми вентиляторами 20);supply of low-pressure air necessary for the operation of the cooling device (17) of the layer material and the maintenance of combustion in the chamber furnace C (for example, serial blow fans 20);
реализацию общетехнических функций по межузловым коммуникациям (например, течка 16 перетока горячего дисперсного материала из разделителя потоков пневмоподъемника 13 в холодильник и трубопровод 15 сброса оттуда же запыленного отработанного транспортного воздуха в камерную топку) или размещения буферных объемов используемых сыпучих материалов (например, бункер 19 для топлива и/или инертного материала).the implementation of general technical functions for inter-nodal communications (for example, estrus 16 for the transfer of hot dispersed material from the air separator 13 to the refrigerator and the pipeline 15 for dumping dusty exhaust transport air from there into the chamber furnace) or for placing buffer volumes of bulk materials used (for example, fuel bunker 19 and / or inert material).
Описанный выше комплекс функционирует следующим образом.The complex described above functions as follows.
Первая ступень комплекса обеспечивает предварительную термохимическую обработку всего предназначенного для сжигания в устройстве топлива в цилиндрической (многогранной) топке кипящего слоя L (узел Г, фиг.1 и 3, его разрез Б-Б на фиг.4), состоящей из воздухораспределительного пода 01, выполненного в виде перевернутого усеченного конуса, через который из разделенной на отсеки воздушной камеры 02 поступает воздух, необходимый для поддержания слоя в объеме 03 в псевдоожиженном состоянии.The first stage of the complex provides preliminary thermochemical processing of all the fuel intended for burning in the device in a cylindrical (multifaceted) fluidized-bed furnace L (unit G, FIGS. 1 and 3, its section BB in FIG. 4), consisting of an
Для создания в слое зон организованного движения, обеспечения постадийного реагирования материала и для предотвращения смешения соседних, разнонаправленных потоков, имеющих различные компонентный состав и температуру, зоны по всей их протяженности разделены друг от друга перегородками 04 с окнами-проемами 05, обеспечивающими переток материала из конца предыдущей в начало следующей зоны, в результате чего в топке возникают и сохраняются четко определенные циркуляционные и транзитные потоки (стрелки на иллюстрациях):To create organized movement zones in the layer, to ensure a stepwise reaction of the material, and to prevent mixing of neighboring, multidirectional flows with different component composition and temperature, the zones along their entire length are separated from each other by
- в зоне газификации G, куда поступает по линии 06 ограниченное количество воздуха, образуется нисходящий поток ожиженного материала;- in the gasification zone G, where a limited amount of air enters via
в этой зоне происходят сушка свежего топлива, его термическая деструкция (выход летучих) и частичная эндотермическая газификация, т.е. в основном процессы, снижающие температуру слоя;in this zone, fresh fuel is dried, its thermal destruction (volatile output) and partial endothermic gasification, i.e. mainly processes that reduce the temperature of the layer;
- в зоне окисления S, аэрируемой более интенсивно воздухом, подаваемым по линии 07, поток псевдоожиженной смеси откоксованного топлива с инертным материалом, поступившей из нижней части зоны G через нижние окна 05, движется вверх;- in the oxidation zone S, aerated more intensely by air supplied through
в этой зоне происходит горение части кокса топлива, разогревающее слой, непрореагировавший кокс частично выносится из слоя газом, частично поступает в соседние зоны (G и F);part of the fuel coke is burned in this zone, the heating layer, unreacted coke is partially removed from the layer by gas, and partially enters the neighboring zones (G and F);
горячий материал потока S частично рециркулирует, возвращаясь в поток G, куда приносит тепло, необходимое для обеспечения протекающих там эндотермических процессов, частично же направляется транзитом в зону F;the hot material of stream S partially recirculates, returning to stream G, where it brings the heat necessary to ensure the endothermic processes occurring there, partially goes in transit to zone F;
- в зоне слива F материал, поступивший из зоны S и содержащий еще значительное количество кокса, движется в псевдоожиженном состоянии вниз навстречу воздуху, подаваемому в него по линии 08 в количестве, достаточном для дожигания всего содержащегося в смеси кокса;- in the discharge zone F, the material coming from zone S and still containing a significant amount of coke moves in a fluidized state downward towards the air supplied to it via
скорость движения (расход) материала через эту зону определяется степенью его аэрации воздухом, подаваемым по линии 09, в подъемном стояке известного пневмослоевого затвора 22, образуемого этим стояком и нисходящей зоной F; варьируя время пребывания материала в зоне F (при заданных конструктивной длине и сечении потока - скоростью его движения, т.е количеством воздуха, подаваемого по линии 08), а также изменяя температуру этого воздуха управляют степенью выгорания кокса.the speed of movement (consumption) of the material through this zone is determined by the degree of aeration of the air supplied through
Расход горячего инертного компонента материала слоя, необходимого для поддержания (снижения) температуры активного реагирования в кипящем слое ступени L и для нагрева воздуха для организации горения, регулируют известным пневмослоевым затвором 22, изменяя количество подаваемого по вводу 09 высоконапорного воздуха.The flow rate of the hot inert component of the material of the layer necessary to maintain (lower) the temperature of the active reaction in the fluidized bed of stage L and to heat the air to organize combustion is controlled by the known
Горячий материал от затвора 22 на выходе из слоя к контактному теплообменнику 17 и охлажденный от него к питателям 18 на входе в зону G кипящего слоя осуществляют пневмотранспортными устройствами 11 и 13.Hot material from the
К тем же или параллельно работающим питателям 18 подают также, например аэрожелобами 11, исходное топливо из расходного бункера 19.To the same or parallel working
Нагретый до высокой температуры воздух поступает во вторую ступень комплекса (камерную топку) через систему сопел 21.Heated to high temperature air enters the second stage of the complex (chamber furnace) through a system of
Вторая ступень С комплекса (фиг.1 и разрез А-А на фиг.2) обеспечивает горение выходящих через верхнюю поверхность кипящего слоя ступени L газообразных (и выносимых ими мелкодисперсных твердых) продуктов газификации в объемном высокотемпературном факеле;The second stage C of the complex (Fig. 1 and section AA in Fig. 2) provides combustion of the gaseous (and finely dispersed solid) gasification products leaving the upper surface of the fluidized bed of the stage L in a high-volume torch;
диффузное, распределенное по сопряженной с камерой С поверхности кипящего слоя в топке L выделение горючих веществ создает предпосылки для полной их доступности при дальнейшем смешении с воздухом.the diffuse distribution of flammable substances distributed along the surface of the fluidized bed conjugated with chamber C in the furnace L creates the prerequisites for their full availability upon further mixing with air.
Для обеспечения полноты сгорания в топочную камеру С системой распределенных по ее периметру сопел 21 подают воздух, нагретый в противоточном процессе контактного теплообмена в теплообменнике 17 до температур, близких к температуре кипящего в ступени L слоя, недостижимых по конструктивным соображениям при использовании поверхностных воздухоподогревателей.To ensure completeness of combustion, air is heated into the combustion chamber C with a system of
При сжигании топлива в обычной пылеугольной топке величина запыленности факела складывается как результат распределения в ней в начале процесса объема подаваемого в топку исходного топлива и в конце - освободившейся при его горении золы.When fuel is burned in a conventional pulverized-coal furnace, the dust content of the torch is added as a result of the distribution in it at the beginning of the process of the volume of the initial fuel supplied to the furnace and at the end of the ash released during its combustion.
Высокотемпературный факел во второй ступени комплекса запылен не менее чем в 2 раза слабее, так как степень его запыленности обусловлена, в конце процесса, объемом того же количества золы (не превышающим 0,1...0,3 от объема исходного топлива), а в начале процесса - объемом твердого компонента топлива, лишенного удаленных при термической обработке в кипящем слое внешней влаги рабочей и летучего компонента горючей массы топлива (в сумме не меньше 0,5 его исходного объема).The high-temperature torch in the second stage of the complex is dusted at least 2 times weaker, since the degree of dust content is determined, at the end of the process, by the volume of the same amount of ash (not exceeding 0.1 ... 0.3 of the volume of the initial fuel), and at the beginning of the process - the volume of the solid component of the fuel, deprived of the working and volatile component of the combustible mass of fuel removed during heat treatment in a fluidized bed of external moisture (in total not less than 0.5 of its original volume).
Пылевая фракция минерального компонента кипящего слоя, способная повысить сопротивление радиационной теплопередаче в камере С, отвеивается вне топочных устройств в теплообменнике 17 и сбрасывается по трубопроводу 15 вместе с отработанным транспортным воздухом в поток уходящих газов за зоной лучистого теплообмена.The dust fraction of the mineral component of the fluidized bed, which can increase the resistance to radiation heat transfer in chamber C, is discharged outside the combustion devices in the heat exchanger 17 and discharged through the pipe 15 together with the exhaust transport air into the exhaust gas stream behind the radiant heat exchange zone.
Таким образом, в топочной камере С обеспечиваются существенно лучшие условия для теплопередачи, чем в обычной камерной топке.Thus, substantially better conditions for heat transfer are provided in the combustion chamber C than in a conventional chamber furnace.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006108428/06A RU2324110C2 (en) | 2006-03-17 | 2006-03-17 | Two-stage fuel combustion technique and combustor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006108428/06A RU2324110C2 (en) | 2006-03-17 | 2006-03-17 | Two-stage fuel combustion technique and combustor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006108428A RU2006108428A (en) | 2007-09-27 |
| RU2324110C2 true RU2324110C2 (en) | 2008-05-10 |
Family
ID=38953739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006108428/06A RU2324110C2 (en) | 2006-03-17 | 2006-03-17 | Two-stage fuel combustion technique and combustor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2324110C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102721042A (en) * | 2012-06-29 | 2012-10-10 | 济南同智创新科技有限公司 | High-efficiency ground torch and stable combustion measure thereof |
| RU2471000C1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ") | Reducing gas obtaining method |
| RU2632637C1 (en) * | 2016-07-20 | 2017-10-06 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Инжиниринг" | Furnace unit with augmented fluidized bed reactor |
| RU2705535C1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-11-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) | Device for burning coal-water fuel with a ceramic flame stabilizer and backlight |
| RU2705534C1 (en) * | 2018-12-18 | 2019-11-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) | Method for two-stage combustion of coal-water fuel with ceramic flame stabilizer and illumination |
-
2006
- 2006-03-17 RU RU2006108428/06A patent/RU2324110C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2471000C1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ") | Reducing gas obtaining method |
| CN102721042A (en) * | 2012-06-29 | 2012-10-10 | 济南同智创新科技有限公司 | High-efficiency ground torch and stable combustion measure thereof |
| CN102721042B (en) * | 2012-06-29 | 2014-07-09 | 济南同智创新科技有限公司 | High-efficiency ground torch and stable combustion measure thereof |
| RU2632637C1 (en) * | 2016-07-20 | 2017-10-06 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Инжиниринг" | Furnace unit with augmented fluidized bed reactor |
| RU2705534C1 (en) * | 2018-12-18 | 2019-11-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) | Method for two-stage combustion of coal-water fuel with ceramic flame stabilizer and illumination |
| RU2705535C1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-11-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) | Device for burning coal-water fuel with a ceramic flame stabilizer and backlight |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006108428A (en) | 2007-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2123637C1 (en) | Boiler with pressure inner circulating fluidized layer, electric generating system and furnace with fluidized bed | |
| US4253409A (en) | Coal burning arrangement | |
| US5957066A (en) | Fluidized-bed thermal reaction apparatus | |
| CN1110880A (en) | Integrted low NOx tangential firing system | |
| US4601657A (en) | Process for the calcination of a pulverized mineral material | |
| RU2324110C2 (en) | Two-stage fuel combustion technique and combustor | |
| SK278148B6 (en) | Method of mixed combustion of coal and device for realization of this method | |
| CN1331788A (en) | Method of operating tangential firing system | |
| WO1999023431A1 (en) | Fluidized bed gasification combustion furnace | |
| KR100568897B1 (en) | A recuperative and conductive heat transfer system | |
| CN107023824B (en) | Vertical pulverized coal boiler | |
| CN107044633B (en) | Vertical pulverized coal boiler | |
| CN100458282C (en) | Method for burning petroleum coke or gasified remained coke, and inner mixed type combustion equipment | |
| WO1990002293A1 (en) | Composite circulation fluidized bed boiler | |
| RU2698173C1 (en) | Forced fluidized bed boiler | |
| GB2049134A (en) | Fluidized bed fuel burning | |
| RU2675644C1 (en) | Boiler with circulating layer | |
| JP4048945B2 (en) | Combustion method of flame retardant fuel in rotary kiln | |
| RU2690553C1 (en) | Thermal unit for combined production of cement clinker, sulfur dioxide, heat and electric power | |
| JP2009120695A (en) | Method for fluidized bed-drying and classifying coal | |
| JP3625817B2 (en) | Composite fluidized bed furnace and method of operating composite fluidized bed furnace | |
| CN212691740U (en) | Fluidized bed industrial boiler for burning wood waste | |
| CN219199181U (en) | Boiler system capable of improving calcium carbide ash incineration effect | |
| CN220061735U (en) | Flue gas post-combustion device comprising more than one flue gas vortex combustion chamber | |
| JP2002206717A (en) | Fluidized bed type incinerator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190318 |