RU2389946C2 - Method of fuel combustion in cyclone primary furnace of boiler, and primary furnace for its implementation - Google Patents
Method of fuel combustion in cyclone primary furnace of boiler, and primary furnace for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2389946C2 RU2389946C2 RU2008116983/06A RU2008116983A RU2389946C2 RU 2389946 C2 RU2389946 C2 RU 2389946C2 RU 2008116983/06 A RU2008116983/06 A RU 2008116983/06A RU 2008116983 A RU2008116983 A RU 2008116983A RU 2389946 C2 RU2389946 C2 RU 2389946C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gasification
- combustion
- fuel
- air
- chamber
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предполагаемое изобретение относится к области энергетики и может найти применение в котлах для одновременного или попеременного сжигания жидкого и газообразного топлива с пылеобразным твердым топливом.The alleged invention relates to the field of energy and may find application in boilers for the simultaneous or alternate combustion of liquid and gaseous fuels with dusty solid fuels.
Известен способ сжигания топлива в циклонном предтопке, при котором воздух от внешнего источника одновременно подают тангенциально для формирования сильно закрученного периферийного потока и аксиально с последующей его закруткой - для приосевого сильно закрученного потока, в которые подают топливо (см. патент RU 2180074 С1, 2002.02.27).A known method of burning fuel in a cyclone preheater, in which the air from an external source is simultaneously supplied tangentially to form a highly swirling peripheral flow and axially followed by swirling it, is used for axial strongly swirling flow in which fuel is supplied (see patent RU 2180074 C1, 2002.02. 27).
Известен также способ сжигания топлива в циклонном предтопке котла, при котором горячий газ отбирают из топки котла, формируют из него сильно закрученный горячий поток, в который подают сжигаемое топливо, газифицируют поток, формируют топливовоздушную смесь, которую сжигают с последующим дожиганием продуктов сгорания, затем горячие газы подают в топку котла, при этом формирование и сжигание топливовоздушной смеси и дожигание продуктов сгорания осуществляют в сильно закрученных потоках воздуха, которые создают за счет тангенциальной подачи воздуха (см. патент RU 2013691 С1, 1994.05.30).There is also known a method of burning fuel in the cyclone furnace of the boiler, in which hot gas is taken from the furnace of the boiler, a hot swirling stream is formed from it, into which the combustible fuel is supplied, the stream is gasified, an air-fuel mixture is formed, which is burned with subsequent combustion of the combustion products, then hot gases are fed into the boiler furnace, while the formation and burning of the air-fuel mixture and the combustion products afterburning are carried out in strongly swirling air flows, which create due to the tangential air houses (See. Patent RU 2013691 C1, 1994.05.30).
Из известных способов сжигания топлива в циклонном предтопке котла наиболее близким заявляемому является способ, описанный в патенте RU 2127399 С1, 1999.03.10. По этому способу топливо сжигают в камере газификации и дожигают продукты газификации в камере дожигания, в которых создают сильно закрученные потоки за счет тангенциальной подачи соответственно первичного (воздуха или паровоздушной смеси) и вторичного (воздуха) дутья, а топочные газы охлаждают в камере дожигания.Of the known methods of burning fuel in a cyclone furnace of a boiler, the closest to the claimed one is the method described in patent RU 2127399 C1, 1999.03.10. According to this method, fuel is burned in the gasification chamber and the gasification products are burned in the afterburner, in which highly swirling flows are created due to the tangential supply of primary (air or vapor-air mixture) and secondary (air) blast, respectively, and the flue gases are cooled in the afterburner.
Известные способы сжигания топлива в циклонных предтопках котла не обеспечивают высокой полноты сгорания топлива и, как следствие, не позволяют уменьшить габариты и массу циклонного предтопка и котла, кроме того, они не позволяют одновременно или попеременно сжигать жидкое и/или газообразное топливо, и одновременно с ними сжигать твердое пылевидное топливо, что значительно сужает область применения известных способов.Known methods of burning fuel in the cyclone pre-furnaces of the boiler do not provide high completeness of fuel combustion and, as a result, do not allow to reduce the dimensions and mass of the cyclone pre-furnace and boiler, in addition, they do not allow simultaneously or alternately burning liquid and / or gaseous fuel, and simultaneously with they burn solid pulverized fuel, which significantly narrows the scope of known methods.
Известен циклонный предтопок котла, содержащий соосно расположенные камеры газификации и дожигания с тангенциальными соплами первичного и вторичного дутья соответственно, при этом тангенциальные сопла вторичного дутья ориентированы в сторону камеры газификации, поперечный размер которой больше поперечного размера камеры дожигания, и/или эти камеры отделены пережимом с каналами, ориентированными по направлению подачи вторичного дутья (см. патент RU 2127399 С1, 1999.03.10).A cyclone boiler pre-furnace is known, containing coaxially located gasification and afterburning chambers with tangential nozzles of primary and secondary blasting, respectively, while the tangential nozzles of the secondary blasting are oriented towards the gasification chamber, the transverse dimension of which is larger than the transverse size of the afterburning chamber, and / or these chambers are separated by channels oriented in the direction of supply of the secondary blast (see patent RU 2127399 C1, 1999.03.10).
Известный циклонный предтопок имеет ряд существенных недостатков:Known cyclone pre-furnace has a number of significant disadvantages:
- значительные габариты и масса предтопка из-за невысокой эффективности процесса газификации и полноты сгорания топлива;- significant dimensions and weight of the pre-furnace due to the low efficiency of the gasification process and the completeness of fuel combustion;
- узкая область применения предтопка, обусловленная невозможностью использования предтопка для сжигания твердого пылевидного топлива.- narrow scope of the pre-furnace, due to the inability to use the pre-furnace for burning solid pulverized fuel.
Известен также циклонный предтопок котла, содержащий патрубок подвода воздуха, камеру сгорания с тангенциальными соплами подачи воздуха, форсунку с периферийным завихрителем, устройство подвода газа в патрубок и за завихритель, причем площадь выходного сечения тангенциальных сопел уменьшается с увеличением расстояния от форсунки, а устройство подвода газа выполнено в виде трубопровода и двух газовых коллекторов (см. патент RU 2180074 С1, 2002.02/27).Also known is the cyclone pre-furnace of the boiler, containing an air supply pipe, a combustion chamber with tangential air supply nozzles, a nozzle with a peripheral swirler, a gas supply device into the pipe and behind the swirl, the output section of the tangential nozzles decreasing with increasing distance from the nozzle, and a gas supply device made in the form of a pipeline and two gas collectors (see patent RU 2180074 C1, 2002.02 / 27).
Известный предтопок из-за отсутствия камеры газификации не позволяет одновременно или попеременно сжигать жидкое и газообразное топливо с твердым пылеобразным топливом.The well-known pre-furnace due to the lack of a gasification chamber does not allow simultaneously or alternately burning liquid and gaseous fuels with solid dust-like fuels.
Из известных циклонных предтопков котлов наиболее близким заявляемому является предтопок, содержащий соединенные пережимом горизонтальные камеры горения и дожигания, снабженные тангенциальными соплами для подвода воздуха, соосную камеру газификации с выходными тангенциальными соплами, на выходе из которых расположен кольцевой канал, при этом камера газификации, имеющая входной и открытый выходной торцы, последним сообщена с камерой горения, а вокруг камеры газификации в зоне входного торца расположен кольцевой смеситель инертных горячих газов, подключенный при помощи выходных тангенциальных сопел к камере газификации, во входном торце которой соосно с ней расположена горелка (см. патент RU 2013691 С1, 1994.05.30).Of the known cyclone pre-heating boilers, the closest one to the claimed one is a pre-heating containing clamped horizontal combustion and afterburner chambers equipped with tangential nozzles for supplying air, a coaxial gasification chamber with outlet tangential nozzles at the outlet of which an annular channel is located, while a gasification chamber having an inlet and an open outlet end, last communicated with the combustion chamber, and around the gasification chamber in the area of the inlet end there is a ring mixer of inert g ating hot gases connected by means of output tangential nozzles to the gasification chamber, the inlet end of which is coaxial with the burner (See. Patent RU 2013691 C1, 1994.05.30).
Известный циклонный предтопок имеет ряд существенных недостатков:Known cyclone pre-furnace has a number of significant disadvantages:
- значительные габариты и масса предтопка;- significant dimensions and weight of the furnace;
- невысокая полнота сгорания топлива;- low completeness of fuel combustion;
- узкая область применения предтопка из-за невозможности одновременного или попеременного сжигания жидкого и газообразного топлива и одновременного сжигания с ними твердого пылевидного топлива.- narrow scope of pre-combustion due to the impossibility of simultaneous or alternating combustion of liquid and gaseous fuels and the simultaneous burning of solid pulverized fuel with them.
Техническая задача, которую решает предполагаемое изобретение, - это обеспечение более полного сгорания топлива и, как следствие, уменьшение габаритов и массы циклонного предтопка и расширение области применения способа и предтопка путем обеспечения одновременного или попеременного сжигания жидкого и/или газообразного топлива и одновременного сжигания с ними пылеобразного твердого топлива.The technical problem that the alleged invention solves is to ensure a more complete combustion of the fuel and, as a consequence, to reduce the size and mass of the cyclone preheater and to expand the scope of the method and preheater by providing simultaneous or alternate combustion of liquid and / or gaseous fuel and simultaneous combustion with them dusty solid fuel.
Техническая задача решается тем, что способ сжигания топлива в циклонном предтопке, при котором топливо газифицируют, дожигают и охлаждают в сильно закрученных потоках, формируемых тангенциальной подачей первичного дутья в процессе газификации и вторичного дутья (воздуха) в процессах дожигания и охлаждения, при этом процессы дожигания и охлаждения совмещают, отличается тем, что процесс газификации разделяют на два - непосредственно на процесс газификации и процесс горения, при этом в качестве первичного дутья в процессе газификации используют один или несколько потоков продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива, которые разгоняют с формированием периферийного высокотемпературного сильно закрученного потока, в который подают пылеобразное твердое топливо, а в качестве первичного дутья в процессе горения используют воздух, формирующий приосевой сильно закрученный поток, охватываемый периферийным высокотемпературным сильно закрученным потоком продуктов сгорания первичного дутья и продуктов газификации, и взаимодействующий с ним, при этом в приосевой поток вводят жидкое и/или газообразное топливо, смешивают с воздухом процесса горения и с продуктами процесса газификации, сжигают образовавшуюся смесь, а продукты сгорания подают на процесс дожигания и охлаждения. Для формирования периферийного высокотемпературного сильно закрученного потока используют один или несколько потоков продуктов сгорания жидкого и/или газообразного топлива, при этом поток продуктов сгорания формируют со скоростью от λ=0,2 до λ=1, где λ - отношение скорости потока продуктов сгорания к местной скорости звука, и с коэффициентом избытка воздуха более 1,05. В способе подачу пылеобразного твердого топлива осуществляют перпендикулярно окружной скорости периферийного высокотемпературного сильно закрученного потока или перпендикулярно осевой скорости потока продуктов сгорания первичного дутья, при этом осуществляют пневматическую подачу топлива под давлением не менее 0,2 МПа. При сжигании тяжелого вязкого топлива осуществляют пневматическое распыливание топлива с давлением не менее давления подаваемого топлива. При подаче потока вторичного дутья (воздуха) сформированный периферийный сильно закрученный поток охватывает приосевой поток продуктов сгорания, поступающий на процессы дожигания и охлаждения.The technical problem is solved in that a method of burning fuel in a cyclone pre-furnace, in which the fuel is gasified, burned and cooled in highly swirling flows formed by the tangential supply of primary blast during gasification and secondary blast (air) in the afterburning and cooling processes, while the afterburning processes and cooling combined, characterized in that the gasification process is divided into two - directly on the gasification process and the combustion process, while the primary blast in the gasification process is one or several streams of combustion products of liquid or gaseous fuel are used, which are accelerated to form a peripheral high-temperature strongly swirling stream into which dusty solid fuel is supplied, and air is used as the primary blast in the combustion process, forming an axial strongly swirling flow, which is enveloped by a peripheral high-temperature strongly swirling flow of combustion products of primary blast and gasification products, and interacting with it, while in axial sweat administered to liquid and / or gaseous fuel mixed with air, the combustion process and with the products of the gasification process, the resultant mixture is combusted and the combustion products are fed to the afterburning process and cooling. To form a peripheral high-temperature strongly swirling flow, one or several flows of combustion products of liquid and / or gaseous fuel are used, while the flow of combustion products is formed at a speed from λ = 0.2 to λ = 1, where λ is the ratio of the rate of flow of combustion products to local the speed of sound, and with a coefficient of excess air more than 1.05. In the method, the supply of dusty solid fuel is carried out perpendicular to the peripheral speed of the peripheral high-temperature strongly swirling flow or perpendicular to the axial velocity of the primary combustion products, while pneumatically supplying fuel under a pressure of at least 0.2 MPa. When burning heavy viscous fuel, pneumatic atomization of the fuel is carried out with a pressure not less than the pressure of the supplied fuel. When a secondary blast (air) flow is supplied, the formed peripheral strongly swirling flow encompasses the axial flow of combustion products entering the afterburning and cooling processes.
Циклонный предтопок котла, содержащий установленные соосно камеру газификации и камеру дожигания, при этом камера газификации имеет цилиндрический корпус с тангенциальными соплами для подачи первичного дутья, входной торец и открытый выходной торец, соединенный с камерой дожигания, снабженной тангенциальными соплами для подвода воздуха, отличается тем, что внутренняя поверхность камеры газификации, содержащей зону газификации и зону горения, ограничивает зону газификации, в приосевой части которой расположена зона горения, а на цилиндрическом корпусе расположены одна или несколько форкамер, соединенных с источниками воздуха и жидкого или газообразного топлива, и одна или несколько форсунок для подачи пылеобразного твердого топлива, при этом тангенциальные сопла камеры газификации являются одновременно соплами форкамер. Входной торец камеры газификации снабжен установленными соосно с ней форсункой и завихрителем, охватывающим форсунку. Завихритель входного торца камеры газификации выполнен лопаточным, а наружный диаметр завихрителя равен 0,5-0,6 диаметра отверстия открытого выходного торца камеры газификации. Форсунки подачи пылеобразного твердого топлива установлены перпендикулярно цилиндрической поверхности корпуса камеры газификации, при этом центральная ось форсунок подачи пылеобразного твердого топлива перпендикулярна центральной оси тангенциальных сопел камеры газификации. При сжигании тяжелого вязкого топлива форсунки выполнены пневматическими. Диаметр отверстия открытого выходного торца равен 0,5-0,8 внутреннего диаметра цилиндрического корпуса камеры газификации. Внутренний диаметр камеры дожигания равен 1-1,4 диаметра отверстия открытого выходного торца камеры газификации, а внутренняя поверхность камеры дожигания выполнена цилиндрической или диффузорной, или конфузорной. Угол раскрытия внутренней поверхности входного торца камеры газификации равен 90-180 градусов, а угол закрытия внутренний поверхности выходного торца камеры газификации составляет 90-120 градусов.The cyclone boiler pre-furnace containing coaxially mounted gasification chamber and afterburner, while the gasification chamber has a cylindrical body with tangential nozzles for supplying primary blast, an inlet end and an open outlet end connected to the afterburner equipped with tangential nozzles for supplying air, differs in that the inner surface of the gasification chamber containing the gasification zone and the combustion zone limits the gasification zone, in the axial part of which there is a combustion zone, and on -cylindrical housing has one or more precombustion chamber connected to the air source and a liquid or gaseous fuel and one or several nozzles for supplying pulverized solid fuel, wherein the gasification chamber tangential nozzle are simultaneously nozzle prechamber. The inlet end of the gasification chamber is equipped with a nozzle mounted coaxially with it and a swirl covering the nozzle. The swirl of the inlet end of the gasification chamber is made scapular, and the outer diameter of the swirl is equal to 0.5-0.6 of the diameter of the hole of the open outlet end of the gasification chamber. Dusty solid fuel supply nozzles are mounted perpendicular to the cylindrical surface of the gasification chamber body, the central axis of the dusty solid fuel supply nozzles being perpendicular to the central axis of the tangential nozzles of the gasification chamber. When burning heavy viscous fuel, the nozzles are pneumatic. The diameter of the open outlet end face is 0.5-0.8 of the inner diameter of the cylindrical body of the gasification chamber. The internal diameter of the afterburning chamber is 1-1.4 of the diameter of the opening of the open outlet end of the gasification chamber, and the inner surface of the afterburning chamber is cylindrical or diffuser or confuser. The opening angle of the inner surface of the inlet end of the gasification chamber is 90-180 degrees, and the closing angle of the inner surface of the outlet end of the gasification chamber is 90-120 degrees.
Предполагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дан продольный разрез циклонного предтопка, на фиг.2 - разрез по А-А.The alleged invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of a cyclone pre-furnace, figure 2 is a section along aa.
Способ осуществляют следующим образом. Одновременно и попеременно подают на сжигание жидкое и газообразное топливо и одновременно с ним подают пылеобразное твердое топливо, которое предварительно газифицируют. Из подаваемого топлива и продуктов газификации формируют топливовоздушные смеси, которые поджигают, сжигают, дожигают и охлаждают в сильно закрученных потоках, формируемых тангенциальной подачей первичного дутья в процессе газификации и вторичного дутья - воздуха в процессах дожигания и охлаждения, при этом процессы дожигания и охлаждения совмещают. Процесс газификации разделяют на два - непосредственно процесс газификации и процесс горения. В качестве первичного дутья, осуществляющего процесс газификации, используют один или несколько потоков продуктов сгорания жидкого и/или газообразного топлива, которые формируют со скоростью от λ=0,2 до λ=1,0, где λ - отношение скорости потока продуктов сгорания к местной скорости звука. Тангенциальная подача первичного дутья в процессе газификации приводит к формированию периферийного высокотемпературного сильно закрученного потока смеси первичного дутья, газифицируемого топлива и продуктов газификации, перпендикулярно окружной скорости которого или перпендикулярно осевой скорости потока продуктов сгорания первичного дутья осуществляют пневматическую подачу пылеобразного твердого топлива в камеру газификации под давлением не менее 0,2 МПа. При сжигании тяжелого вязкого топлива используют пневматическое распыливание топлива с давлением не менее давления подаваемого топлива. Поток продуктов сгорания формируют с коэффициентом избытка воздуха более 1,05. В качестве первичного дутья в процессе горения используют воздух, формирующий приосевой сильно закрученный поток, охватываемый периферийным высокотемпературным сильно закрученным потоком продуктов сгорания первичного дутья и продуктов газификации, и взаимодействующий с ним. В приосевой поток вводят жидкое и/или газообразное топливо, смешивают его с воздухом процесса горения и с продуктами процесса газификации, сжигают образовавшуюся смесь, а продукты сгорания подают на процесс дожигания и охлаждения. Тангенциально поданный поток вторичного дутья (воздуха) формирует периферийный сильно закрученный поток воздуха, который охватывает приосевой поток продуктов сгорания, поступающий на процесс дожигания и охлаждения. В результате процессов тепломассообмена между периферийным и приосевым потоками на выходе из камеры дожигания формируется поток продуктов сгорания заданной структуры, состава и температуры.The method is as follows. At the same time, alternately, liquid and gaseous fuels are supplied for combustion, and at the same time, dusty solid fuels that are pre-gasified are supplied. Air-fuel mixtures are formed from the supplied fuel and gasification products, which are ignited, burned, burned and cooled in strongly swirling flows formed by the tangential supply of primary blast during gasification and secondary blast - air in the afterburning and cooling processes, while the afterburning and cooling processes are combined. The gasification process is divided into two - directly the gasification process and the combustion process. As the primary blast carrying out the gasification process, one or several flows of combustion products of liquid and / or gaseous fuel are used, which form at a speed from λ = 0.2 to λ = 1.0, where λ is the ratio of the rate of flow of combustion products to local speed of sound. The tangential supply of primary blast during gasification leads to the formation of a peripheral high-temperature strongly swirling mixture of primary blast, gasified fuel and gasification products, perpendicular to the peripheral velocity of which or perpendicular to the axial velocity of the flow of combustion products of primary blast, pneumatic supply of dusty solid fuel to the non-pressure gasification chamber less than 0.2 MPa. When burning heavy viscous fuel, pneumatic atomization of the fuel is used with a pressure not less than the pressure of the supplied fuel. The flow of combustion products is formed with an excess air coefficient of more than 1.05. As the primary blast in the combustion process, air is used that forms an axial strongly swirling flow, which is enveloped by the peripheral high-temperature strongly swirling flow of primary combustion products and gasification products, and interacts with it. Liquid and / or gaseous fuel is introduced into the axial stream, it is mixed with combustion air and products of the gasification process, the resulting mixture is burned, and the combustion products are fed to the afterburning and cooling process. The tangentially supplied secondary blast (air) stream forms a peripheral, strongly swirling air stream, which encompasses the axial flow of combustion products entering the afterburning and cooling process. As a result of heat and mass transfer between peripheral and axial flows at the outlet of the afterburning chamber, a flow of combustion products of a given structure, composition and temperature is formed.
Разделение процесса газификации способствует повышению качества подготовки газифицированного топлива путем его гомогенизации и, тем самым, повышению качества процесса горения, то есть обеспечению высокой полноты сгорания газифицированного топлива. Использование в качестве первичного дутья процесса газификации одного или нескольких потоков продуктов сгорания жидкого и/или газообразного топлива способствует интенсификации процесса газификации и, как следствие, увеличению скорости гомогенизации топлива, что обеспечивает высокую полноту сгорания газифицированного топлива. Широкий уровень скоростей первичного дутья приводит к широкому диапазону окружных скоростей периферийного потока и, как следствие, к широкому интервалу величин радиального и осевого градиентов статического давления, а также уровня центробежных сил, действующих на твердые частицы. Выбор верхней или нижней границы скоростей зависит от размеров частиц пылеобразного твердого топлива, типа топлива и расхода газифицируемого топлива. При уменьшении размера частиц в сжигаемом топливе или при использовании топлива низкой плотности, или при пониженном расходе топлива можно использовать нижнюю границу скорости и, тем самым, снизить давление воздуха, подаваемого на процесс формирования продуктов сгорания первичного дутья, при этом завершить процесс газификации топлива. При увеличении размера частиц или при использовании топлива повышенной плотности, или при повышенном расходе топлива необходимо использовать верхнюю границу скорости и, тем самым, увеличить уровень центробежных сил, действующих на твердые частицы в зоне газификации. Это приведет к увеличению времени пребывания частиц в высокотемпературном потоке, интенсификации процессов дробления твердых частиц, что необходимо для завершения процесса газификации топлива. От завершения процесса газификации топлива зависит качество процесса горения, определяющее полноту сгорания топлива. Широкий интервал величин радиального и осевого градиентов статического давления способствует расширению интервала расхода эжектируемого воздуха, поступающего в процессе горения в приосевую часть зоны горения, а также созданию зоны циркуляции горячих продуктов сгорания в направлении навстречу подаваемых в процессе горения топлива и воздуха. Обеспечение верхней границы скорости способствует увеличению расхода воздуха, подаваемого в зону горения, увеличению радиуса и длины зоны циркуляции. Обеспечение нижней границы скорости приводит к уменьшению расхода воздуха, снижению радиуса и длины зоны циркуляции. Следовательно, выбор границы скорости зависит от свойств подаваемого топлива и определяет качество процессов газификации и горения и полноту сгорания этого топлива в зоне горения. Формирование потока продуктов сгорания - первичного дутья с коэффициентом избытка воздуха более 1,05, обеспечивает получение высокотемпературного потока, в котором осуществляют процесс газификации твердого топлива. Избыток воздуха в первичном дутье способствует осуществлению окислительных реакций в газифицируемом топливе и, тем самым, поддержанию необходимой температуры газификации. Верхняя граница коэффициента избытка воздуха зависит от физико-химических свойств газифицируемого топлива и технологии осуществления процессов газификации и горения, определяющих качество процесса горения и полноту сгорания. Использование воздуха повышенного давления не менее 0,2 МПа в процессе подачи пылеобразного твердого топлива позволяет осуществлять необходимую радиальную пробиваемость струи топлива в поток продуктов сгорания первичного дутья, что способствует процессам смешения его с высокотемпературным потоком продуктов сгорания - первичного дутья и, как следствие, интенсификации процессов газификации твердого топлива. Все выше указанные признаки в совокупности с известными обеспечивают более полное сгорание топлива.Separation of the gasification process helps to improve the quality of the preparation of gasified fuel by homogenizing it and, thereby, improving the quality of the combustion process, that is, ensuring high completeness of combustion of gasified fuel. The use of one or several streams of the products of combustion of liquid and / or gaseous fuel as the primary blast of the gasification process helps to intensify the gasification process and, as a result, increase the rate of fuel homogenization, which ensures high completeness of gasified fuel combustion. A wide level of primary blast velocities leads to a wide range of peripheral peripheral flow velocities and, as a result, to a wide range of radial and axial static pressure gradients, as well as the level of centrifugal forces acting on solid particles. The choice of the upper or lower speed limit depends on the particle size of the dusty solid fuel, the type of fuel and the consumption of gasified fuel. If the particle size is reduced in the combusted fuel or when using low-density fuel, or when the fuel consumption is reduced, the lower speed limit can be used and, thereby, the air pressure supplied to the process of formation of primary combustion products is reduced, and the process of gasification of fuel is completed. When increasing the particle size or when using high-density fuel, or with increased fuel consumption, it is necessary to use the upper speed limit and, thereby, increase the level of centrifugal forces acting on solid particles in the gasification zone. This will lead to an increase in the residence time of particles in the high-temperature flow, intensification of the processes of crushing of solid particles, which is necessary to complete the process of gasification of fuel. The quality of the combustion process, which determines the completeness of fuel combustion, depends on the completion of the process of gasification of fuel. A wide range of radial and axial gradients of static pressure contributes to the expansion of the flow rate of ejected air entering the axial part of the combustion zone during the combustion process, as well as creating a circulation zone of hot combustion products in the direction towards the fuel and air supplied during the combustion process. Providing an upper speed limit helps to increase the flow rate of air supplied to the combustion zone, to increase the radius and length of the circulation zone. Providing a lower speed limit leads to a decrease in air flow, a decrease in the radius and length of the circulation zone. Therefore, the choice of the speed limit depends on the properties of the supplied fuel and determines the quality of the gasification and combustion processes and the completeness of combustion of this fuel in the combustion zone. The formation of a stream of combustion products - primary blast with an excess air coefficient of more than 1.05, provides a high-temperature stream in which the process of gasification of solid fuel is carried out. Excess air in the primary blast contributes to the implementation of oxidative reactions in gasified fuels and, thereby, maintaining the required gasification temperature. The upper limit of the coefficient of excess air depends on the physicochemical properties of the gasified fuel and the technology for the implementation of gasification and combustion processes that determine the quality of the combustion process and the completeness of combustion. The use of high pressure air of at least 0.2 MPa in the process of supplying dusty solid fuel allows the necessary radial penetration of the fuel jet into the stream of combustion products of primary blasting, which contributes to the processes of mixing it with a high-temperature stream of combustion products - primary blasting and, as a result, process intensification gasification of solid fuels. All of the above signs in combination with the known provide a more complete combustion of fuel.
Использование в процессе горения воздуха в виде приосевого сильно закрученного потока, охватываемого периферийным потоком продуктов сгорания первичного дутья и продуктов газификации, подачи в него жидкого и/или газообразного топлива и продуктов газификации, сжигание образовавшейся смеси обеспечивает одновременное или попеременное сжигание различных по фазному состоянию топлив, с обеспечением высокой полноты сгорания, что значительно расширяет область применения способа.The use in the combustion process of air in the form of an axial strongly swirling flow, covered by a peripheral flow of primary combustion products and gasification products, supplying liquid and / or gaseous fuels and gasification products to it, burning the resulting mixture provides simultaneous or alternating burning of different phase states fuels, providing high combustion, which significantly expands the scope of the method.
Циклонный предтопок котла содержит (см. фиг.1) установленные соосно камеру газификации 1 и камеру дожигания 2. Камера газификации 1 имеет цилиндрический корпус 3 с тангенциальными соплами 4 для подачи первичного дутья, входной торец 5 с установленной в нем соосно форсункой 6 и открытый выходной торец 7, соединенный с камерой дожигания 2, которая снабжена тангенциальными соплами 8 для подвода воздуха. Камера газификации содержит соосно расположенные с ней зону газификации 9 и зону горения 10. Внутренняя поверхность камеры 1 ограничивает зону газификации 9, в приосевой части которой расположена зона горения 10. На цилиндрическом корпусе 3 расположены (см. фиг.2) одна или несколько форкамер 11, соединенных с источниками воздуха и жидкого или газообразного топлива, и одна или несколько форсунок 12 для подачи пылеобразного твердого топлива. Тангенциальные сопла 4 камеры газификации 1 являются одновременно соплами форкамер 11. На входном торце 5 камеры газификации 1 соосно с ней установлен завихритель 13, охватывающий форсунку 6. Завихритель 13 выполнен лопаточным, а наружный диаметр завихрителя равен 0,5-0,6 диаметра отверстия открытого выходного торца 7 камеры газификации 1. Такое выполнение наружного диаметра завихрителя 13 вызвано необходимостью обеспечения заданной структуры потока и расхода воздуха в приосевом закрученном потоке зоны горения 10. Верхняя граница диаметра завихрителя приводит к увеличению расхода воздуха через завихритель, увеличению радиуса и длины циркуляционного течения в приосевом потоке зоны горения, нижняя граница - уменьшению расхода воздуха через завихритель, уменьшению радиуса и длины циркуляционного течения. Следовательно, выбор размера наружного диаметра завихрителя 13 зависит от свойств подаваемого через форсунку 6 топлива и определяет качество процесса горения и полноту сгорания этого топлива в зоне горения 10. Форсунки 12 подачи пылеобразного твердого топлива установлены перпендикулярно цилиндрической поверхности корпуса 3 камеры 1, при этом центральная ось форсунок 12 перпендикулярна центральной оси тангенциальных сопел 4 камеры 1. При сжигании тяжелого вязкого топлива форсунки 12 выполнены пневматическими. Диаметр отверстия открытого выходного торца 7 равен 0,5-0,8 внутреннего диаметра цилиндрического корпуса 3 камеры 1. Выбор размера диаметра зависит от размера частиц пылеобразного топлива, его физических свойств и расхода. При уменьшении размера частиц в сжигаемом топливе или при использовании топлива низкой плотности, или при пониженном расходе топлива используют верхнюю границу диаметра, что уменьшает размеры зоны газификации 9, необходимые для завершения процесса газификации топлива. При увеличении размера частиц или при использовании топлива повышенной плотности, или при повышенном расходе топлива используют нижнюю границу диаметра, что увеличивает размеры зоны газификации, необходимые для завершения процесса газификации топлива. От завершения процесса газификации топлива зависит качество процесса горения в зоне 10, определяющее полноту сгорания топлива. Диаметр внутренней поверхности 14 камеры дожигания 2 равен 1-1,4 диаметра открытого выходного торца 7 камеры 1. Максимальный размер диаметра внутренней поверхности камеры дожигания 2 используют при максимальной подаче воздуха через тангенциальные сопла 8, которая необходима для получения заданной температуры продуктов сгорания на выходе из камеры дожигания 2. Минимальный размер диаметра внутренней поверхности камеры дожигания 2 используют при минимальной подаче воздуха через сопла 8. Внутренняя поверхность 14 камеры 2 может быть или цилиндрической, или диффузорной, или конфузорной. При цилиндрической внутренней поверхности 14 камеры дожигания 2 поток продуктов сгорания уменьшает среднюю осевую скорость, что обусловлено снижением температуры потока и, как следствие, уменьшением объемного расхода. При диффузорном выполнении внутренней поверхности 14 наблюдается еще большее снижение осевой скорости. При конфузорном выполнении внутренней поверхности 14 поток ускоряется, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи от продуктов сгорания к нагреваемому теплоносителю в котле, присоединенному к предтопку и, как следствие, снижению габаритов и массы котла. Угол раскрытия внутренней поверхности входного торца 5 камеры 1 равен 90-180 градусов. Минимальный размер угла раскрытия выполняют при угле раскрытия топливного факела не более 90 градусов и неиспользовании эжекционных свойств в приосевом потоке зоны горения, а максимальный размер угла раскрытия - при угле раскрытия топливного факела не менее 120 градусов и использовании эжектирования воздуха в приосевой поток зоны горения. Угол закрытия внутренней поверхности открытого выходного торца 7 равен 90-120 градусов. Минимальный размер угла закрытия выполняют при уменьшении размера частиц в сжигаемом топливе, или при использовании топлива низкой плотности, или при пониженном расходе топлива. Это приводит к уменьшению времени пребывания газифицируемой частицы в зоне газификации 9 за счет увеличения осевых скоростей на выходе из зоны газификации 9. Максимальный размер угла закрытия выполняют при увеличении размера частиц или при использовании топлива повышенной плотности. Это приводит к увеличению времени пребывания газифицируемой частицы в зоне газификации 9 за счет увеличения окружных скоростей в зоне газификации 9 и, как следствие, к увеличению центробежных сил, действующих на частицы газифицируемого топлива. От завершения процесса газификации топлива зависит качество процесса горения в зоне горения 10, определяющее полноту сгорания топлива.The cyclone boiler pre-furnace contains (see Fig. 1) coaxial gasification chamber 1 and afterburner 2. The gasification chamber 1 has a
Циклонный предтопок работает следующим образом. К камере газификации 1 и камере дожигания 2 от внешних источников подводят воздух. Воздух, поданный к камере газификации, делят на два потока, которые формируют в камере газификации две соосные зоны - зону газификации 9 и зону горения 10. Один поток воздуха поступает в одну или несколько форкамер 11, в которые одновременно подается жидкое и/или газообразное топливо. В каждой форкамере 11 формируется топливовоздушная смесь, которая поджигается и сжигается с коэффициентом избытка воздуха не менее 1,05. Образующиеся высокотемпературные продукты сгорания топливовоздушной смеси разгоняются в тангенциальных соплах 4 до безразмерных скоростей от λ=0,2 до λ=1,0, где λ - отношение скорости потока продуктов сгорания к местной скорости звука, и в качестве первичного дутья вводятся в зону газификации 9. Внутри зоны 9 формируется высокотемпературный сильно закрученный поток продуктов сгорания - первичное дутье с высоким радиальным градиентом статического давления. Благодаря радиальной составляющей скорости периферийный закрученный поток перемещается по направлению к центральной оси зоны горения 10, индуцируя в ней приосевой закрученный поток, в который подается другой поток воздуха. Наличие радиального градиента статического давления приводит к созданию осевого градиента статического давления, направленного в сторону камеры дожигания 2, что способствует эжектированию воздуха, поступающего от внешнего источника в приосевой поток зоны горения 10.Cyclone pre-heating works as follows. Air is supplied to the gasification chamber 1 and the afterburner 2 from external sources. The air supplied to the gasification chamber is divided into two streams that form two coaxial zones in the gasification chamber — the gasification zone 9 and the
При наличии во входном торце камеры газификации форсунки 6 поданное в нее жидкое и/или газообразное топливо поступает в зону горения 10 - в приосевой сильно закрученный поток воздуха, в виде мелкодисперсного топливного факела. В зоне горения 10 формируется топливовоздушная смесь из продуктов газификации зоны 9, подводимого в зону горения 10 воздуха и топлива из форсунки 6. Эта смесь воспламеняется, участвуя в процессе горения зоны 10. Продукты сгорания из зоны 10 перемещаются в направлении камеры дожигания 2 в виде закрученного потока. После завершения процесса соединения продукты сгорания поступают в камеру дожигания 2 для формирования потока заданной структуры, состава и температуры. Подача топлива через форсунку 6 увеличивает тепловую мощность продуктов горения, поступающих в камеру дожигания 2. Применение завихрителя 13 способствует интенсификации закрутки приосевого закрученного потока зоны горения 10, увеличению размеров циркуляционного течения в приосевом потоке зоны горения 10, повышению качества процессов тепломассообмена и, тем самым, увеличению полноты сгорания топлива.If there is a nozzle 6 in the inlet end of the gasification chamber, the liquid and / or gaseous fuel supplied to it enters the
При сжигании пылеобразного твердого топлива с жидким или газообразным топливом в одну или несколько форсунок 12 перпендикулярно окружной скорости периферийного высокотемпературного сильно закрученного потока или перпендикулярно осевой скорости потока продуктов сгорания первичного дутья пневматически под давлением не менее 0,2 МПа подают пылеобразное твердое топливо. Использование воздуха повышенного давления в процессе подачи пылеобразного твердого топлива позволяет осуществить необходимую пробиваемость струи топлива в поток продуктов сгорания первичного дутья, что способствует процессу газификации пылеобразного твердого топлива. Пылеобразное топливо поступает в зону газификации 9, в высокотемпературный сильно закрученный поток первичного дутья, где подвергается газификации, а продукты газификации из зоны газификации 9 перемещаются в зону горения 10. В приосевом потоке зоны горения 10 формируется топливовоздушная смесь из продуктов газификации зоны 9 и подаваемого в зону горения 10 воздуха. Топливовоздушная смесь воспламеняется от продуктов горения и участвует в процессе горения зоны 10. Продукты сгорания из зоны 10 перемещаются в направлении камеры дожигания 2 в виде сильно закрученного потока. Воздух через тангенциальные сопла 8 поступает в камеру дожигания 2, формируя сильно закрученный периферийный поток воздуха. После завершения процесса соединения продукты сгорания поступают в камеру дожигания 2 для формирования потока заданной структуры, состава и температуры. При сжигании тяжелого вязкого топлива в качестве форсунок 12 и форсунки 6 используются пневматические форсунки с внешним источником сжатого воздуха. Это способствует улучшению качества распыливания топлива, а следовательно, повышению качества процесса горения и полноты сгорания топлива в предтопке.When burning a dusty solid fuel with liquid or gaseous fuel, dusty solid fuel is fed into one or
Таким образом, введенные в способ сжигания топлива в циклонном предтопке и в циклонный предтопок новые отличительные признаки в совокупности с известными признаками позволяют обеспечить более полное сжигание топлива, уменьшить габариты и массу циклонного предтопка и расширить область применения способа и предтопка путем обеспечения одновременного или попеременного сжигания жидкого и газообразного топлива и одновременного сжигания с ними пылеобразного твердого топлива.Thus, the new distinctive features introduced into the method of burning fuel in a cyclone preheater and in a cyclone preheater, together with the known features, allow for more complete fuel combustion, reduce the size and weight of the cyclone preheater, and expand the scope of the method and preheater by providing simultaneous or alternating liquid combustion and gaseous fuels and the simultaneous burning of dusty solid fuels with them.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008116983/06A RU2389946C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Method of fuel combustion in cyclone primary furnace of boiler, and primary furnace for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008116983/06A RU2389946C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Method of fuel combustion in cyclone primary furnace of boiler, and primary furnace for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008116983A RU2008116983A (en) | 2009-11-10 |
| RU2389946C2 true RU2389946C2 (en) | 2010-05-20 |
Family
ID=41354272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008116983/06A RU2389946C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Method of fuel combustion in cyclone primary furnace of boiler, and primary furnace for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2389946C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499189C1 (en) * | 2012-06-04 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) | Method and installation for activation of pulverised coal particles that are fractionated as to size |
| RU2500617C1 (en) * | 2012-06-04 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) | Method of activating fractionated by size coal particles (versions) |
| RU2638500C1 (en) * | 2017-01-10 | 2017-12-13 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | Method for incineration of milled solid fuel and device for its implementation |
| RU207013U1 (en) * | 2021-05-11 | 2021-10-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) | Cyclonic preheater |
-
2008
- 2008-05-04 RU RU2008116983/06A patent/RU2389946C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499189C1 (en) * | 2012-06-04 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) | Method and installation for activation of pulverised coal particles that are fractionated as to size |
| RU2500617C1 (en) * | 2012-06-04 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) | Method of activating fractionated by size coal particles (versions) |
| RU2638500C1 (en) * | 2017-01-10 | 2017-12-13 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | Method for incineration of milled solid fuel and device for its implementation |
| RU207013U1 (en) * | 2021-05-11 | 2021-10-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) | Cyclonic preheater |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008116983A (en) | 2009-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6089855A (en) | Low NOx multistage combustor | |
| CN106168378B (en) | One kind premix is classified strong eddy flow low stain gas burner | |
| CN101514819B (en) | Air-cooled swirlerhead | |
| US5407347A (en) | Apparatus and method for reducing NOx, CO and hydrocarbon emissions when burning gaseous fuels | |
| US2800093A (en) | Apparatus for burning pulverized fuel | |
| US2973727A (en) | Pulverised fuel burner | |
| WO1983004295A1 (en) | Recuperative burner | |
| RU2389946C2 (en) | Method of fuel combustion in cyclone primary furnace of boiler, and primary furnace for its implementation | |
| US6019595A (en) | Burner | |
| CN106016363B (en) | A kind of lighter | |
| RU2352864C1 (en) | Method and device for burning fuel | |
| RU2708011C1 (en) | Fuel combustion device | |
| JPH0252765B2 (en) | ||
| US4225305A (en) | Combustion head for a combustion chamber | |
| US2876831A (en) | Internal-combustion burners | |
| RU2212003C1 (en) | Method and device for burning fuel | |
| RU2565737C1 (en) | Vortex burner for combustion of solid powdered fuel | |
| US4021191A (en) | Reduction of pollutants in gaseous hydrocarbon combustion products | |
| RU2638500C1 (en) | Method for incineration of milled solid fuel and device for its implementation | |
| CN203878123U (en) | Dry coal powder fluidized bed gasification furnace combined ignition burner | |
| TW202321620A (en) | Regenerative flat flame burner | |
| KR100610725B1 (en) | Round burner for burning pulverized fuel | |
| CN203878122U (en) | High-efficiency ignition nozzle for gasifier of dry coal dust fluidized bed | |
| CN103834444B (en) | Combined ignition nozzle of dry coal powder fluidized bed gasifier | |
| RU2212004C1 (en) | Method and device for burning fuel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120330 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130505 |