RU2377466C1

RU2377466C1 - Furnace

Info

Publication number: RU2377466C1
Application number: RU2008137149/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Архипов (RU); Александр Михайлович Архипов; Вячеслав Яковлевич Путилов (RU); Вячеслав Яковлевич Путилов; Николай Иванович Соловьёв (RU); Николай Иванович Соловьёв
Original assignee: Александр Михайлович Архипов; Вячеслав Яковлевич Путилов; Николай Иванович Соловьёв
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2009-12-27

Abstract

FIELD: heating systems.

SUBSTANCE: invention refers to heat engineering and can be used in power boilers operating on polydisperse solid fuels. The mentioned effect is provided by the fact that division furnace water walls are gastight and have lower gas openings made of screen tubes adjacent to lower enclosure and comprising an air cap grid; air nozzles are installed on external walls in lower part of fuel ignition compartments and directed upwards; polydisperse fuel supply devices and lighting-up burners are arranged on external walls of fuel ignition compartment not lower than axes of bent openings of wall tubes for air nozzles.

EFFECT: providing reliable and economic firing of polydisperse fuel and simplifying furnace design.

8 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к тепловой энергетике и может быть использовано на отопительных и энергетических котлах, работающих на полидисперсных твердых топливах.The invention relates to thermal energy and can be used on heating and energy boilers operating on polydisperse solid fuels.

Известна топка, содержащая экранированные внешние стенки, отсеки, отделенные друг от друга двусветным экраном и связанные газовыми окнами (например, ремонтными), устройства ввода в отсеки топлива и воздуха, а также разводки экранных труб под эти устройства. Недостатком этой топки является то, что в ней не может сжигаться надежно и экономично угольная пыль очень грубого помола или дробленка (см., например, М.В.Мейкляр. Паровые котельные агрегаты ТКЗ высокого давления. - М., Л., Государственное энергетическое издательство, 1963, с.44, рис.1.24).[1].Known firebox containing shielded outer walls, compartments, separated from each other by a double-screen, and connected by gas windows (for example, repair), input devices into the fuel and air compartments, as well as the layout of the screen pipes for these devices. The disadvantage of this furnace is that it cannot reliably and economically burn very coarse coal dust or crushed coal (see, for example, M.V. Meiklyar. High-pressure steam boiler units TKZ. - M., L., State energy Publishing House, 1963, p.44, Fig.1.24). [1].

Известна также топка, принятая в качестве прототипа, содержащая помимо приведенных в [1] элементов воздушную колпачковую решетку, ограничивающую снизу отсеки (см., например, Информационный сборник РАО ЕЭС России «Современные природоохранные технологии в электроэнергетике». Издательский дом МЭИ, 2007 г., с.87, рис.58, стр.87.) [2].A furnace is also known, adopted as a prototype, containing, in addition to the elements given in [1], an air cap grill limiting compartments from below (see, for example, the Information Digest of RAO UES of Russia "Modern Environmental Technologies in the Electric Power Industry." MPEI Publishing House, 2007 , p. 87, fig. 58, p. 87.) [2].

Недостатком топки [2] является сложность конструкции и невозможность надежного и экономичного сжигания дробленого полидисперсного топлива, содержащего крупные куски с размером 20-50 мм, т.к. они забивают воздушные отверстия колпачковой решетки. Если же увеличить скорость воздуха на выходе из колпачков, то будет иметь место значительный вынос частиц из кипящего слоя, что приведет к увеличению мехнедожога.The disadvantage of the furnace [2] is the design complexity and the impossibility of reliable and economical combustion of crushed polydisperse fuel containing large pieces with a size of 20-50 mm, because they clog the air vents of the cap grill. If you increase the air velocity at the outlet of the caps, then there will be a significant removal of particles from the fluidized bed, which will lead to an increase in the mechanical burnout.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является обеспечение надежного и экономичного сжигания полидисперсного топлива и упрощение конструкции топки. Для достижения указанного технического результата в известной топке, содержащей экранированные внешние стенки, в том числе потолок, вертикальные участки и нижнее ограждение, по меньшей мере, один отсек зажигания и, по меньшей мере, один отсек дожигания топлива, отделенные друг от друга двусветными экранами и связанные газовыми окнами, воздушные сопла, устройства ввода полидисперсного топлива, разводки экранных труб, воздушную колпачковую решетку, ограничивающую снизу, по меньшей мере, отсек дожигания топлива, сопла третичного дутья, установленные на внешних стенках отсека дожигания топлива, отверстия, в том числе для вывода золошлаков из надрешеточной зоны, согласно изобретению, двусветные экраны выполнены газоплотными с нижними газовыми окнами из фестонированных труб, примыкающих к нижнему ограждению и образующих воздушную колпачковую решетку, воздушные сопла установлены на внешних стенках в нижней части отсеков зажигания топлива и направлены вверх, устройства ввода полидисперсного топлива и растопочные горелки размещены на внешних стенках отсека зажигания топлива не ниже осей разводок экранных труб под воздушные сопла. Кроме того, нижнее ограждение отсека зажигания топлива может быть выполнено в виде воздушной колпачковой решетки; одно или несколько устройств ввода полидисперсного топлива может быть размещено в верхней части отсека зажигания топлива в своих разводках экранных труб; воздушные сопла, устройства ввода полидисперсного топлива и растопочные горелки могут быть выполнены в общих разводках экранных труб; двусветные экраны в средней части отсеков зажигания топлива могут быть направлены под острым углом относительно вертикальных участков своих внешних стен и плотно состыкованы с ними; в самой верхней части внешних стен, принадлежащих отсекам зажигания топлива, могут быть выполнены отверстия, к которым подсоединены трубопроводы отсоса и подачи генераторного газа через охладители в штуцеры ввода газа в корпуса растопочных горелок.The technical result to which the present invention is directed is to ensure reliable and economical combustion of polydisperse fuel and simplify the design of the furnace. To achieve the specified technical result in a known firebox containing shielded external walls, including the ceiling, vertical sections and the lower guard, at least one ignition compartment and at least one fuel afterburner compartment, separated from each other by double-shields and connected by gas windows, air nozzles, polydisperse fuel input devices, screen pipe wiring, air cap grill restricting at least the bottom of the fuel afterburning compartment, tertiary blast nozzles, mouth renewed on the external walls of the fuel afterburning compartment, openings, including for removing ash and slag from the superlattice zone, according to the invention, double-screened screens are made gas-tight with lower gas windows from festooned pipes adjacent to the lower guard and forming an air cap grill, air nozzles are mounted on external the walls at the bottom of the fuel ignition compartments and are directed upwards, the polydisperse fuel input devices and the kindling burners are placed on the outer walls of the fuel ignition compartment but not below the axes wirings waterwall tubes under air nozzles. In addition, the lower guard of the fuel ignition compartment can be made in the form of an air cap grill; one or more polydisperse fuel input devices may be located in the upper part of the fuel ignition compartment in their cabling of the screen tubes; air nozzles, polydisperse fuel input devices, and kindling burners can be made in the general layout of screen tubes; double-screen screens in the middle of the fuel ignition compartments can be directed at an acute angle relative to the vertical sections of their external walls and are tightly joined with them; in the uppermost part of the external walls belonging to the fuel ignition compartments, openings can be made to which the suction and generator gas supply pipes are connected through coolers to the gas inlet nozzles in the ignition burner bodies.

На фиг.1 изображена топка (поперечный разрез) с двумя отсеками зажигания топлива. На фиг.2 представлена топка (продольный разрез), которая содержит один отсек зажигания топлива. Топка содержит вертикальный участок 1 внешней стены, нижнее ограждение 2, отсек 3 зажигания, отсек 4 дожигания, двусветный экран 5, газовое окно 6 (фестон), воздушное сопло 7, растопочную горелку 8, устройство 9 ввода полидисперсного топлива, решетку 10 кипящего слоя, сопло 11 третичного дутья, отверстие 12 вывода золошлаков из надрешеточной зоны, отверстия 13 и линии отсоса генераторного газа, трубопроводы 14 генераторного газа, охладитель 15, штуцеры 16 ввода генераторного газа в корпуса растопочных горелок.Figure 1 shows a firebox (cross section) with two fuel ignition compartments. Figure 2 presents the furnace (longitudinal section), which contains one compartment for ignition of the fuel. The furnace contains a vertical section 1 of the outer wall, lower guard 2, ignition compartment 3, afterburning compartment 4, double screen 5, gas window 6 (festoon), air nozzle 7, kindling burner 8, polydisperse fuel input device 9, fluidized-bed grate 10, a tertiary blast nozzle 11, an ash-and-slag discharge outlet 12, a hole 13 and a generator gas suction line, generator gas pipelines 14, a cooler 15, generator gas inlets 16 to the ignition burner bodies.

В качестве нижних ограждений 2 отсеков 3 использованы экранированные скаты холодной воронки (см. фиг.1), причем в их нижней части установлены воздушные сопла 7, направленные, например, вертикально вверх.As the lower fencing 2 compartments 3 used shielded slopes of the cold funnel (see figure 1), and in their lower part there are air nozzles 7, directed, for example, vertically upward.

В качестве нижнего ограждения 2 отсека 3 используется воздушная колпачковая решетка 10 (см. фиг.2). В нижней части фронтальной вертикальной стенки отсека 4 зажигания установлены в общих разводках экранных труб воздушные сопла 7 и растопочные горелки 8, направленные наклонно вверх под небольшим острым углом к фронтальной стенке. В верхней части фронтальной стены отсека 3 зажигания топлива размещены устройства 9 ввода полидисперсного топлива в своих разводках экранных труб. Они выполнены в виде вращающихся забрасывателей полидисперсных кусков топлива. Следует отметить, что воздушные сопла 7, растопочные горелки 8 и устройства 9 ввода полидисперсного топлива могут быть размещены на вертикальных участках 1 внешних стен отсека 3 зажигания, перпендикулярных двусветным экранам 5.As the lower guard 2 of compartment 3, an air cap grill 10 is used (see FIG. 2). In the lower part of the front vertical wall of the ignition compartment 4, air nozzles 7 and kindling burners 8 are installed in the common cabling of the screen tubes, directed obliquely upward at a small acute angle to the front wall. In the upper part of the front wall of the fuel ignition compartment 3, polydisperse fuel input devices 9 are placed in their screen pipe layouts. They are made in the form of rotating spreaders of polydisperse pieces of fuel. It should be noted that the air nozzles 7, the kindling burners 8 and the polydisperse fuel input device 9 can be placed on the vertical sections 1 of the outer walls of the ignition compartment 3, perpendicular to the double-screen 5.

В варианте работы топки (см. фиг.1) через воздушные сопла 7 в отсеки 3 зажигания с предварительно разогретой с помощью растопочных горелок 8 газовой средой вдувается с повышенной скоростью (до 40-60 м/с), направленной вертикально вверх, слабоподогретый воздух, либо его смесь с низкотемпературными газами рециркуляции, либо сбросной воздух пылесистем, имеющий относительно невысокую температуру (до 150°С), чтобы исключить возможность шлакования экранов отсеков 3 зажигания. При этом в качестве нагнетателей могут быть использованы мельничные вентиляторы. Через устройства 9 ввода полидисперсного топлива, расположенные выше разводок экранных труб под воздушные сопла 7 и растопочные горелки 8, в отсеки 3 зажигания вводится полидисперсное топливо. Это может быть угольная пыль угрубленного помола, которая вводится в отсек 3 зажигания, например, по трубам пыли высокой концентрации. Это может быть дробленый уголь (с кусками до 50 мм), который вводится в отсеки 3 зажигания, например, с помощью вращающихся забрасывателей. При этом целесообразно, чтобы в каждом отсеке 3 зажигания количество устройств 9 ввода полидисперсного топлива соответствовало числу воздушных сопл 7 и растопочных горелок 8, а направление ввода реагентов осуществлялось в общих вертикальных плоскостях. В этом случае время пребывания (кратность циркуляции) угольных частиц в отсеках 3 зажигания будет наибольшим. Угольные частицы прогреваются и загораются, увлекаясь в верхнюю часть воздушными потоками, поступающими в отсеки 3 зажигания из воздушных сопл 7 и растопочных горелок 8. Частично сгоревшие и уменьшенные в своих размерах угольные частицы возвращаются в нижнюю часть отсеков 3 зажигания и движутся вдоль нижнего ограждения 2, в данном случае, скатов холодной воронки в направлении газового окна 6, выполненного из фестонированных труб двусветного экрана 5. На этом пути недогоревшие частицы встречают высокоскоростные потоки воздушных сопл 7 и снова увлекаются ими в верхние части отсеков 3 зажигания. Происходит многократное рециркулирование крупных частиц и их частичное выгорание в пределах отсеков 3 зажигания. Проскочившие в отсек 4 дожигания недогоревшие мелкие частицы и зола увлекаются вверх потоком продуктов сгорания, поступающим из отсека 3 зажигания. Более крупные недогоревшие частицы сепарируют в зону, расположенную над воздушной колпачковой решеткой 10, которая образована с использованием труб двусветных экранов 5, и, витая в этой зоне, частично догорают, т.е. уменьшаются в весе и размерах. Затем они выносятся в среднюю (по высоте) часть отсека 4 дожигания. На пути к выходному сечению топки частицы угля окончательно догорают в результате турбулизации струями, вытекающими из сопл 11 третичного дутья. Благодаря расширяющемуся поперечному сечению отсека 4 дожигания вдоль наклонной части двусветных экранов 5 будут иметь место токи крупных недогоревших частиц (золы), направленные вниз. Золошлаки из надрешеточной зоны удаляются через отверстия 12 вывода, затем (как это обычно принято) проходят через зольные охладители и поступают в каналы гидрозолоудаления. В отсеки 3 зажигания вводится все топливо через устройства 9 и только часть потребного для полного его сгорания воздуха через воздушные сопла 7 и растопочные горелки 8. В результате многократного рециркулирования и неполного выгорания частиц малого и среднего размера в средней части отсеков 3 зажигания (в условиях недостатка воздуха) в его самой верхней части будет возрастать концентрация более легкого генераторного газа. Его можно использовать для быстрого прогрева и зажигания свежего топлива. Для этого генераторный газ отбирают из отверстий 13 отсоса и подают с помощью трубопроводов 14 через охладитель 15 (типа «труба в трубе») в штуцеры 16 ввода газа в корпуса растопочных горелок 8. Возможен вариант ввода генераторного газа работающего котла в растопочные горелки 8 растапливаемого котла. Для этого из трубопроводов 14 после охладителей 15 генераторный газ отсасывают вентилятором небольшой мощности и подают в штуцеры 16 растопочных горелок 8 растапливаемого котла.In the embodiment, the furnace (see figure 1) through the air nozzles 7 into the ignition compartments 3 with the gas medium preheated with the help of kindling burners 8 is blown at an increased speed (up to 40-60 m / s), directed vertically upward, slightly heated air, either its mixture with low-temperature recirculation gases, or waste air from dust systems having a relatively low temperature (up to 150 ° C) to exclude the possibility of slagging of the screens of the ignition compartments 3. Moreover, mill fans can be used as blowers. Through the device 9 input polydisperse fuel, located above the wiring of the screen tubes under the air nozzle 7 and the kindling burner 8, in the ignition compartment 3 is introduced polydisperse fuel. This may be coal dust of coarse grinding, which is introduced into the ignition compartment 3, for example, through high concentration dust pipes. This can be crushed coal (with pieces up to 50 mm), which is introduced into the ignition compartments 3, for example, using rotating castors. In this case, it is advisable that in each ignition compartment 3 the number of polydisperse fuel input devices 9 corresponds to the number of air nozzles 7 and kindling burners 8, and the direction of reagent input is carried out in common vertical planes. In this case, the residence time (multiplicity of circulation) of the coal particles in the ignition compartments 3 will be the longest. Coal particles warm up and light up, being carried away to the upper part by air flows entering the ignition compartments 3 from air nozzles 7 and kindling burners 8. Partially burned and reduced in size coal particles return to the lower part of the ignition compartments 3 and move along the lower fence 2, in this case, the slopes of the cold funnel in the direction of the gas window 6, made of festooned pipes of the double-screen 5. On this path, unburned particles meet high-speed flows of air nozzles 7 and clearly and entrained by them into the upper part of the compartments 3 of ignition. There is a repeated recycling of large particles and their partial burnout within the ignition compartment 3. Unfinished small particles and ash that have slipped into the afterburning compartment 4 and ash are entrained upward by the flow of combustion products coming from the ignition compartment 3. Larger, unburned particles are separated into the zone located above the air cap grill 10, which is formed using double-screen tubes 5, and, twisted in this zone, partially burn out, i.e. decrease in weight and size. Then they are carried out in the middle (in height) part of the afterburning compartment 4. On the way to the exit section of the furnace, the coal particles finally burn out as a result of turbulization with jets flowing from the nozzles 11 of the tertiary blast. Due to the expanding cross section of the afterburning compartment 4 along the inclined part of the double-lumen screens 5, currents of large unburned particles (ash) will be directed downward. Ash and slag from the superlattice zone is removed through the outlet openings 12, then (as is usually accepted) pass through ash coolers and enter the ash removal channels. All fuel is introduced into the ignition compartments 3 through the devices 9 and only part of the air required for its complete combustion through the air nozzles 7 and the kindling burners 8. As a result of repeated recirculation and incomplete burning of small and medium particles in the middle of the ignition compartments 3 (under conditions of shortage air) in its uppermost part will increase the concentration of lighter generator gas. It can be used to quickly warm up and ignite fresh fuel. To do this, the generator gas is taken from the suction holes 13 and fed through pipelines 14 through a cooler 15 (of the “pipe in pipe” type) to the gas inlet nozzles 16 into the bodies of the kindling burners 8. It is possible to introduce the generating gas of the working boiler into the kindling burners 8 of the melting boiler . To do this, from the pipelines 14 after the coolers 15, the generator gas is sucked off by a small-capacity fan and fed into the fittings 16 of the kindling burners 8 of the melting boiler.

В варианте работы топки (см. фиг.2) дробленое топливо поступает в верхнюю часть отсека 3 зажигания (в данном случае одного), заполненного высокотемпературными продуктами сгорания, предварительно разогретыми с помощью растопочных горелок 8. В данном случае устройства 9 ввода полидисперсного топлива выполнены в виде вращающихся забрасывателей, причем целесообразно, чтобы количество забрасывателей соответствовало числу воздушных сопл 7 и они были размещены друг над другом. В нижнюю часть отсека 3 из воздушных сопл 7 поступает с высокой скоростью, направленной наклонно вверх, слабоподогретый воздух, либо его смесь с низкотемпературными газами рециркуляции. Полидисперсные частицы топлива падают вниз, причем относительно мелкие рециркулируют и загораются в средней части отсека 3 зажигания благодаря воздействию на них воздуха, поступающего из воздушных сопл 7 и растопочных горелок 8, в данном случае установленных в общих разводках экранных труб. Частично выгоревшие относительно крупные куски топлива попадают в надрешеточную зону воздушной колпачковой решетки 10, образованной с использованием труб вертикального участка 1 фронтальной внешней стены. Витая в надрешеточной зоне, куски топлива постепенно выгорают, одновременно смещаясь к газовому окну 6, образованному из труб двусветного экрана 5. Дальнейший процесс работы топки по данному варианту (фиг.2) в основном аналогичен тому, который приведен выше для работы топки по варианту (фиг.1).In the operation mode of the furnace (see Fig. 2), the crushed fuel enters the upper part of the ignition compartment 3 (in this case, one) filled with high-temperature combustion products preheated with the help of kindling burners 8. In this case, the polydisperse fuel input devices 9 are made in in the form of rotating spreaders, and it is advisable that the number of spreaders correspond to the number of air nozzles 7 and they are placed one above the other. To the lower part of the compartment 3 from the air nozzles 7, at a high speed directed obliquely upward, slightly warmed air or its mixture with low-temperature recirculation gases enters. Polydispersed particles of fuel fall down, and relatively small recycle and light up in the middle of the ignition compartment 3 due to exposure to air coming from air nozzles 7 and kindling burners 8, in this case installed in the common wiring of the screen tubes. Partially burned out relatively large pieces of fuel fall into the superlattice zone of the air cap grill 10 formed using pipes of the vertical section 1 of the front external wall. Twisted in the superlattice zone, the pieces of fuel gradually burn out, while shifting to the gas window 6 formed from the pipes of the double-screen 5. The further operation of the furnace according to this option (Fig. 2) is basically the same as that given above for the operation of the furnace according to the variant ( figure 1).

Использование предлагаемой топки позволит более надежно, экономично и экологически эффективно сжигать полидисперсные твердые топлива.Using the proposed furnace will allow more reliable, economical and environmentally efficient burning of polydisperse solid fuels.

Claims

1. A furnace containing shielded external walls and a ceiling, vertical sections and a lower guard, at least one ignition compartment and at least one fuel afterburner compartment, separated from each other by double-screen and connected by gas windows, air nozzles, devices the introduction of polydisperse fuel, the layout of the screen tubes, the air cap grill restricting at least the bottom of the fuel afterburner, tertiary blast nozzles mounted on the outer walls of the fuel afterburner, openings, including including for removing ash and slag from the overlattice zone, characterized in that the double-screened screens are made gas tight with the lower gas windows of scalloped pipes adjacent to the lower fence and forming an air cap grill, air nozzles are installed on the outer walls in the lower part of the fuel ignition compartments and are directed upwards, polydisperse fuel input devices and kindling burners are placed on the outer walls of the fuel ignition compartment not lower than the axes of the wiring of the screen tubes for air nozzles.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the lower fence of the fuel ignition compartment is made in the form of an air cap grill.

3. The combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that one or more polydisperse fuel input devices are located in the upper part of the fuel ignition compartment in their cabling of the screen tubes.

4. A furnace according to claim 3, characterized in that the air nozzles, polydisperse fuel input devices and kindling burners are made in the general layout of the screen tubes.

5. The furnace according to claim 1, characterized in that the two-tier screens in the middle of the fuel ignition compartments are directed at an acute angle relative to the vertical sections of their external walls and are tightly joined with them.

6. The furnace according to claim 4, characterized in that the double-screened screens in the middle of the fuel ignition compartments are directed at an acute angle relative to the vertical sections of their external walls and are tightly joined with them.

7. The furnace according to claim 3, characterized in that in the uppermost part of the external walls belonging to the fuel ignition compartments, openings are made to which the suction and generator gas supply pipes are connected through coolers to the gas inlet nozzles to the ignition burner bodies.

8. A furnace according to any one of claims 4 to 6, characterized in that in the uppermost part of the external walls belonging to the fuel ignition compartments, openings are made to which the suction and generator gas supply pipes are connected through coolers to the gas inlets to the ignition burner bodies .