RU2406928C1

RU2406928C1 - Gas-overflow opening of swirling-type furnace

Info

Publication number: RU2406928C1
Application number: RU2009147049/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Шарапов (RU); Анатолий Михайлович Шарапов; Михаил Анатольевич Шарапов (RU); Михаил Анатольевич Шарапов
Original assignee: Анатолий Михайлович Шарапов
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2010-12-20

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: gas-overflow opening of swirling-type furnace includes cylindrical housing mounted on the dividing furnace panel between fuel combustion chambers in furnace, and supply system of secondary air through it; at that, the opening is provided with additional shell mounted on inner side of the housing and forming additional air annular channel-nozzle between housing and shell, which is connected by means of additional distributing channel increasing in cross section to tangentially mounted supply connection pipe of secondary air in respect to the housing; at that, outlet hole of annular channel is directed towards fuel combustion chamber.

EFFECT: more complete fuel combustion.

5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам, способствующим более полному сжиганию топлива, и может быть использовано для сжигания измельченных растительных отходов - лузги подсолнечника, пшеницы, гречихи, отходов древесины и пр.The invention relates to a power system, in particular to devices that contribute to a more complete combustion of fuel, and can be used for burning shredded plant waste - husks of sunflower, wheat, buckwheat, wood waste, etc.

Известна вихревая топка, при помощи которой осуществляется сжигание растительных отходов. См. патент РФ №2228489 «Вихревая топка». В известной вихревой топке с двумя камерами сгорания, камерой дожигания, обмуровкой, конвективной зоной, системами подачи топлива и воздушной смеси, на перегородках смонтированы два газоперепускных окна.Known vortex furnace, with which the burning of plant waste. See RF patent No. 2228489 "Vortex furnace". In the well-known vortex furnace with two combustion chambers, an afterburner, a lining, a convection zone, fuel supply systems and an air mixture, two gas transfer windows are mounted on the partitions.

Выступ, выполненный на газоперепускных окнах в сторону каждой камеры сгорания, уменьшает, по мнению авторов известного устройства, вынос мелких частиц, в том числе и недогоревшего топлива, поступившего из камеры сгорания в камеру дожигания. За счет подачи топлива эжектором, направленности сопел дутья, соотношения сечений и скоростей топливо горит во взвешенном состоянии без спекания. За счет соотношения поперечных размеров вихревой камеры сгорания к ее глубине, равного 2…6, снижается унос мелких частиц топлива.The protrusion made on the gas transfer windows in the direction of each combustion chamber reduces, according to the authors of the known device, the removal of small particles, including unburned fuel, coming from the combustion chamber to the afterburner. Due to the fuel supply by the ejector, the directivity of the blast nozzles, the ratio of cross sections and speeds, the fuel burns in suspension without sintering. Due to the ratio of the transverse dimensions of the vortex combustion chamber to its depth equal to 2 ... 6, the entrainment of small particles of fuel is reduced.

К недостаткам устройства с газоперепускными окнами известной конструкции можно отнести его недостаточную эффективность, заключающуюся в выносе большей части мелких горящих частиц топлива в камеру дожигания и их последующее осаждение и спекание на стенах топки.The disadvantages of the device with gas vent windows of known design include its lack of effectiveness, consisting in the removal of most of the small burning particles of fuel into the afterburner and their subsequent deposition and sintering on the walls of the furnace.

Известна более совершенная конструкция газоперепускного окна - см. патент РФ №2230980 «Способ подачи вторичного дутья и топочное устройство (варианты)» - прототип. Способ-прототип включает в себя подачу вторичного дутья в топку через газоперепускное окно навстречу потоку продуктов сгорания, выходящих из камеры сгорания, при этом вторичное дутье вводится тангенциально по контуру газоотводящего окна. Сопла газоотводящего окна направлены в топку навстречу выходящему потоку и ориентированы тангенциально к контуру газоотводящего окна, которое может иметь как цилиндрическую, так и коническую форму. Сопла вторичного дутья могут быть установлены непосредственно в выходном сечении газоотводящего окна на воздуховоде, расположенном по оси газоотводящего окна. Выходящий поток отдельными струями вторичного дутья продувается в топку.Known for a more advanced design of the gas transfer window - see RF patent No. 2230980 "Method for supplying a secondary blast and furnace device (options)" - prototype. The prototype method includes the supply of a secondary blast into the furnace through a gas outlet to meet the flow of combustion products leaving the combustion chamber, while the secondary blast is introduced tangentially along the contour of the exhaust window. The nozzles of the exhaust window are directed into the furnace towards the exit stream and are oriented tangentially to the outline of the exhaust window, which can have either a cylindrical or conical shape. Secondary blast nozzles can be installed directly in the outlet section of the exhaust window on the duct located along the axis of the exhaust window. The outgoing stream is blown into the furnace by separate streams of secondary blast.

К недостаткам известного устройства, в котором использовано более совершенное газоперепускное окно, можно также отнести его низкую эффективность. Вдувание вторичного дутья отдельными струями приводит к хорошему хаотичному перемешиванию потока, в том числе и в самом окне, но не предотвращает вынос недогоревших частиц топлива из топки.The disadvantages of the known device, which uses a more advanced gas transfer window, can also include its low efficiency. Blowing the secondary blast with separate jets leads to a good chaotic mixing of the flow, including in the window itself, but does not prevent the removal of unburned fuel particles from the furnace.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности создание условий для более полного сгорания частиц топлива и повышение эффективности сгорания.The task of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype, in particular the creation of conditions for more complete combustion of fuel particles and increase combustion efficiency.

Поставленная задача достигается тем, что газоперепускное окно снабжено обечайкой, смонтированной с внутренней стороны корпуса, образующей между корпусом и обечайкой воздушный кольцевой канал, связанный при помощи увеличивающегося в поперечном сечении распределительного канала с тангенциально смонтированным по отношению к корпусу патрубком подачи вторичного дутья, при этом выходное отверстие кольцевого канала направлено в сторону камеры сгорания топлива.The task is achieved in that the gas transfer window is equipped with a shell mounted on the inside of the housing, forming an air annular channel between the housing and the shell, which is connected by means of a distribution duct increasing tangentially with respect to the housing and the secondary blow pipe the hole of the annular channel is directed towards the combustion chamber of the fuel.

Подвод дутья при помощи тангенциально смонтированного на корпусе патрубка и распределительного канала может быть выполнен как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.The supply of blast using a nozzle and distribution channel tangentially mounted on the housing can be performed both clockwise and counterclockwise.

Ширина дополнительного увеличивающегося в поперечном сечении распределительного канала выполнена равной 0,3…0,8 ширины газовыпускного окна.The width of the additional distribution channel increasing in cross section is equal to 0.3 ... 0.8 of the width of the gas outlet window.

В корпусе газовыпускного окна выполнены направляющие, смонтированные под углом 5°…45° к его внутренней поверхности.The casing of the gas outlet window has guides mounted at an angle of 5 ° ... 45 ° to its inner surface.

Площадь выходного сечения кольцевого воздушного канала по отношению к площади сечения окна выполнена в соотношении, равном 0,01…0,3 к 1,0.The output cross-sectional area of the annular air channel with respect to the window cross-sectional area is made in a ratio of 0.01 ... 0.3 to 1.0.

Новизной предложенного устройства является наличие дополнительной обечайки, смонтированной с внутренней стороны цилиндрического корпуса, образующей между корпусом и обечайкой воздушный кольцевой канал, связанный при помощи увеличивающегося в поперечном сечении распределительного канала с тангенциально смонтированным по отношению к корпусу патрубком подачи вторичного дутья, при этом выходное отверстие кольцевого канала выполнено в сторону камеры сгорания топлива.The novelty of the proposed device is the presence of an additional shell mounted on the inner side of the cylindrical body, forming between the body and the shell an air annular channel connected by means of a distribution channel increasing in cross section with a secondary blast supply pipe tangentially mounted relative to the body, while the outlet opening of the annular the channel is made towards the combustion chamber of the fuel.

Так, наличие кольцевого канала, образованного обечайкой и корпусом окна, при подаче воздушного потока создает кольцевой воздушный экран, что позволяет более длительное время удерживать горящие частицы топлива в камере сгорания котла. Воздушный экран при осуществлении дутья постоянно ограничивает (отбрасывает) недогоревшие частицы топлива от газоперепускного окна, направляя вихревой поток горящего топлива по кольцевой траектории вращения, увеличивая тем самым время горения топлива и снижая количество горящих частиц топлива, прошедших через воздушный экран и окно, предотвращая спекание и осаждение топлива на стенках камеры дожигания.So, the presence of an annular channel formed by the shell and the window body, when the air stream is supplied, creates an annular air screen, which allows for a longer time to keep burning fuel particles in the combustion chamber of the boiler. During the blasting process, the air screen constantly restricts (discards) unburned fuel particles from the gas transfer window, directing the swirling flow of burning fuel along an annular rotation path, thereby increasing the burning time of the fuel and reducing the number of burning fuel particles passing through the air screen and the window, preventing sintering and deposition of fuel on the walls of the afterburner.

Дополнительные признаки, характеризующие предлагаемое изобретение, как ширина дополнительного распределительного канала, площадь выходного сечения дополнительного кольцевого воздушного канала по отношению к площади сечения окна, выполненная в соотношении, равном 0,01…0,3, скорость дополнительного воздушного потока, равная 10…30 м/с, выбрана исходя из требований получения на выходе кольцевого потока оптимальных характеристик. Выполнение направляющих в корпусе газоперепускного окна под углом 5°…45° к его внутренней поверхности способствует направленному перемещению в вихре горящего топлива и позволяет получить заданные параметры сгорания топлива.Additional features that characterize the invention, such as the width of the additional distribution channel, the area of the output section of the additional annular air channel with respect to the sectional area of the window, made in a ratio of 0.01 ... 0.3, the speed of the additional air stream, equal to 10 ... 30 m / s, is selected based on the requirements for obtaining the optimal characteristics at the output of the annular flow. The implementation of the guides in the casing of the gas transfer window at an angle of 5 ° ... 45 ° to its inner surface contributes to the directional movement of the burning fuel in the vortex and allows you to obtain the specified parameters of fuel combustion.

Тангенциальный подвод дутья при помощи патрубка по часовой стрелке, или против часовой стрелки, придает входящему воздушному потоку вращение, а при помощи дополнительного распределительного уменьшающегося в сечении канала ускоряет воздушный поток и равномерно распределяет его по периметру кольцевого канала.The tangential air supply by means of a nozzle clockwise or counterclockwise gives rotation to the incoming air stream, and with the help of an additional distribution channel decreasing in cross-section, accelerates the air flow and evenly distributes it along the perimeter of the annular channel.

Предлагаемое устройство схематично показано на прилагаемых чертежах.The proposed device is schematically shown in the accompanying drawings.

На фиг.1 схематично изображена топка котла с двумя газоперепускными окнами, выполненными на разделительных панелях-экранах между камерами сгорания и камерой дожигания топлива.Figure 1 schematically shows a furnace of a boiler with two gas transfer windows made on dividing panels-screens between the combustion chambers and the afterburner.

На фиг.2 показано газоперепускное окно с тангенциальной подачей воздушного потока по часовой стрелке.Figure 2 shows a gas vent with a tangential air flow clockwise.

На фиг.3 показано газоперепускное окно с тангенциальной подачей воздушного потока по часовой стрелке в разрезе при виде сбоку.Figure 3 shows a gas vent with a tangential air flow in a clockwise section in a side view.

На фиг.4 показано газовыпускное окно с тангенциальной подачей воздушного потока против часовой стрелки.Figure 4 shows a gas outlet with a tangential air flow counterclockwise.

На фиг.5 показано газовыпускное окно с тангенциальной подачей воздушного потока против часовой стрелки в разрезе при виде сбоку.Figure 5 shows a gas outlet with a tangential air flow counterclockwise in a sectional view from the side.

На фиг.6 схематично показано движение воздушного потока по дополнительному распределительному воздушному каналу.Figure 6 schematically shows the movement of air flow through an additional distribution air channel.

На фиг.7 схематично показано газоперепускное окно с выходом воздушного потока в виде кольцевого воздушного ограничительного экрана в разрезе при виде сбоку.Fig. 7 schematically shows a gas transfer window with an airflow outlet in the form of an annular air restriction screen in a sectional side view.

На фиг.8 изображена направляющая в кольцевом канале.On Fig shows the guide in the annular channel.

Предлагаемое газоперепускное окно 1, смонтированное на ограничительных топочных панелях 2 топки котла, состоит из преимущественно цилиндрического корпуса 3 (допускается квадратная, прямоугольная или овальная форма) и обечайки 4, образующих кольцевой воздушный канал 5, воздушный поток вторичного дутья подается в топку при помощи распределяющего канала 6 и подводящего патрубка 7.The proposed gas passage window 1, mounted on the restrictive furnace panels 2 of the boiler furnace, consists of a predominantly cylindrical body 3 (square, rectangular or oval in shape) and a shell 4 forming an annular air channel 5, the secondary blast air flow is supplied to the furnace using a distribution channel 6 and inlet pipe 7.

Обечайка 4 по отношению к корпусу 3 газоперепускного окна 1 может быть смонтирована концентрично с равными зазорами в боковых, верхней и нижней частях - образуя воздушный кольцевой канал, или с неравными зазорами сбоку, сверху и снизу. На внутренней поверхности корпуса 3 под углом в 5°…45° смонтированы направляющие 8, способствующие дополнительному закручиванию нагретых газов при их подаче в камеру 9 дожигания. Выходной кольцевой канал 5 образует в процессе дополнительного дутья кольцевой ограничительный воздушный экран, направленный в сторону камеры сгорания 10 или 11. Камера 9 дожигания топлива выполнена между камерами 10 и 11 сгорания топлива и ограничена топочными панелями 2.The shell 4 with respect to the casing 3 of the gas transfer window 1 can be mounted concentrically with equal gaps in the side, upper and lower parts - forming an air annular channel, or with unequal gaps on the side, above and below. On the inner surface of the housing 3 at an angle of 5 ° ... 45 ° mounted guides 8, contributing to the additional twisting of heated gases when they are fed into the afterburning chamber 9. In the process of additional blasting, the output annular channel 5 forms an annular restrictive air screen directed towards the combustion chamber 10 or 11. The fuel afterburning chamber 9 is made between the fuel combustion chambers 10 and 11 and is limited by the furnace panels 2.

Предлагаемое газоперепускное окно вихревой топки работает следующим образом.The proposed gas transfer window of the vortex furnace operates as follows.

При помощи дозатора и воздушного потока эжекционно по воздуховодам (не показаны) топливо подается в разожженные камеры сгорания 10 и 11, где начинает гореть и, отражаясь от стенок камеры сгорания, закручиваться в вихрь. Чтобы увеличить время нахождения топлива в камерах сгорания 10 и 11 и уменьшить вынос горящих частиц топлива в камеру дожигания 9, воздушный поток вторичного дутья через подводящий патрубок 7 и распределяющий воздушный поток канал 6, через кольцевой канал 5, выполненный между корпусом 3 газоперепускного окна и обечайкой 4, под давлением, в виде кольцевого воздушного потока подается в камеру сгорания. При этом кольцевой воздушный поток выполняет функции экрана, который отбрасывает горящие частицы топлива от окна обратно в кольцевой вихрь камер сгорания 10 и 11.Using a dispenser and an air flow ejection through air ducts (not shown), fuel is supplied to the ignited combustion chambers 10 and 11, where it starts to burn and, being reflected from the walls of the combustion chamber, swirls into a vortex. In order to increase the residence time of the fuel in the combustion chambers 10 and 11 and to reduce the discharge of burning fuel particles into the afterburner 9, the secondary blast air flow through the inlet pipe 7 and the air distribution channel 6, through the annular channel 5, made between the gas transfer window housing 3 and the shell 4, under pressure, in the form of an annular air flow is supplied to the combustion chamber. In this case, the annular air flow acts as a screen, which throws away burning fuel particles from the window back into the annular vortex of the combustion chambers 10 and 11.

Поскольку находящиеся в вихре горящие частицы имеют вес, то под действием сил инерции и воздушных потоков, подаваемых в камеры сгорания, они стремятся сместиться к периферии. Кольцевой ограничительный воздушный экран при подходе к нему горящих частиц отбрасывает их обратно в вихрь, чем увеличивает время нахождения топлива в камере сгорания и уменьшает выход из вихря и из камер недогоревших частиц. Под воздействием избыточного давления, создаваемого воздушными и воздушно-топливными потоками в камерах сгорания, наиболее легкая часть несгоревшего топлива поступает в камеру 9 дожигания, где и дожигается. При этом нагретые газы, контактируя с направляющими 8, начинают вращаться и в камере дожигания, что увеличивает время их нахождения в камере дожигания, а следовательно, увеличивает и полноту сгорания. Угол наклона направляющих 5°…45° выбирается в зависимости от требуемого времени сгорания частиц топлива. При большем времени горения частиц топлива угол наклона направляющих увеличивают и наоборот. Нагретые до температуры 800°…950° газы поступают в конвективную зону котла, где и отдают тепло через стенки труб теплоносителю, преимущественно воде.Since the burning particles in the vortex have weight, under the action of inertia forces and air flows supplied to the combustion chambers, they tend to shift to the periphery. An annular restrictive air screen when burning particles approach it throws them back into the vortex, which increases the time spent by the fuel in the combustion chamber and reduces the exit from the vortex and from the chambers of unburned particles. Under the influence of excess pressure created by air and air-fuel flows in the combustion chambers, the lightest part of unburned fuel enters the afterburner 9, where it is burned out. In this case, the heated gases, in contact with the guides 8, begin to rotate in the afterburner, which increases the time spent in the afterburner, and therefore increases the completeness of combustion. The angle of inclination of the guides 5 ° ... 45 ° is selected depending on the required time of combustion of the fuel particles. With a longer burning time of the fuel particles, the angle of inclination of the guides is increased and vice versa. Gases heated to a temperature of 800 ° ... 950 ° enter the convection zone of the boiler, where they transfer heat through the walls of the pipes to the coolant, mainly water.

Подвод дутья при помощи тангенциально смонтированного на корпусе патрубка 7 и дополнительного распределительного канала 6 может быть выполнен как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.The supply of blast using tangentially mounted on the housing pipe 7 and an additional distribution channel 6 can be performed both clockwise and counterclockwise.

При ширине распределительного канала менее 0,3 ширины газоперепускного окна требуется значительное увеличение габаритов канала по высоте, чтобы обеспечить необходимую производительность дутья, а при ширине распределительного канала более 0,8 кольцевой воздушный поток не успевает стабилизироваться в оставшейся длине зазора между обечайкой и корпусом окна.If the width of the distribution channel is less than 0.3 of the width of the gas transfer window, a significant increase in the dimensions of the channel in height is required to provide the necessary blowing performance, and if the width of the distribution channel is more than 0.8, the annular air flow does not have time to stabilize in the remaining length of the gap between the shell and the window body.

В зависимости от вида топлива выполняют соотношение площади выходного сечения дополнительного кольцевого воздушного канала по отношению к площади сечения окна выполнено в соотношении, равном 0,01…0,3. При более тяжелых частицах это соотношение выбирают 0,2…0,3, при легких частицах топлива 0,01…0,2.Depending on the type of fuel, the ratio of the area of the outlet cross-section of the additional annular air channel with respect to the cross-sectional area of the window is made in a ratio of 0.01 ... 0.3. With heavier particles, this ratio is chosen 0.2 ... 0.3, with light fuel particles 0.01 ... 0.2.

Ограничительный кольцевой экран потока воздуха в зависимости от вида топлива, его фракционности, влажности, веса и др. под действием тангенциальной подачи в кольцевой воздушный канал может вращаться либо по ходу вращения вихря сгораемого топлива, либо в обратном направлении. Так, при крупных или тяжелых частицах сгораемого топлива, когда возможен их вылет сквозь ограничительный экран, вращение ограничительного экрана выполняют по ходу вращения вихря горящего топлива. При мелких легкосгораемых частицах топлива вращение ограничительного экрана может быть и противоположным вращению вихря сгораемого топлива.The restrictive annular screen of the air flow depending on the type of fuel, its fractionality, humidity, weight, etc., under the influence of tangential supply to the annular air channel can rotate either in the direction of rotation of the vortex of combustible fuel, or in the opposite direction. So, with large or heavy particles of combustible fuel, when it is possible to escape through the restriction screen, the rotation of the restriction screen is performed in the direction of rotation of the vortex of burning fuel. With small easily combustible fuel particles, the rotation of the restrictive screen can also be opposite to the rotation of the vortex of combustible fuel.

В настоящее время на газоперепускное окно разработаны рабочие чертежи, изготовлено несколько опытных образцов, которые смонтированы на паровых котлах с вихревой топкой для сжигания коро-древесных и других отходов.At present, working drawings have been developed at the gas transfer window, and several prototypes have been manufactured that are mounted on steam boilers with a swirl furnace for burning bark and wood waste and other wastes.

По окончании испытаний будет принято решение о производстве газоперепускных окон для котлов с вихревой топкой.Upon completion of the tests, a decision will be made on the production of gas vents for boilers with a swirl chamber.

Claims

1. The gas transfer window of the vortex furnace, comprising a cylindrical body mounted on a separation furnace panel between the combustion chambers of the fuel in the furnace, and a secondary blast supply system through it, characterized in that the window is provided with a shell mounted on the inside of the body forming between the body and the shell an annular air channel connected by means of an additional distribution channel increasing in cross section with a hearth nozzle tangentially mounted with respect to the housing and secondary blast, and the outlet of the annular channel is directed towards the combustion chamber.

2. The gas transfer window according to claim 1, characterized in that the supply of blast using a pipe tangentially mounted on the housing and an additional distribution channel is made both clockwise and counterclockwise.

3. The gas outlet window according to claim 1, characterized in that the width of the distribution channel increasing in cross section is equal to 0.3 ÷ 0.8 of the width of the gas outlet window.

4. The gas transfer window according to claim 1, characterized in that on the inner surface of the housing there are guides mounted at an angle of 5 ÷ 45 ° to its inner surface.

5. The gas transfer window according to claim 1, characterized in that the area of the output section of the additional annular air channel with respect to the window cross-sectional area is made in a ratio equal to 0.01 ÷ 0.3: 1.0.