RU2406930C1

RU2406930C1 - Method of fuel combustion in swirling-type furnace

Info

Publication number: RU2406930C1
Application number: RU2009147056/06A
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: method of fuel combustion in swirling-type furnace at least with one combustion chamber includes supply and combustion of air-and-fuel mixture in fuel combustion chamber, further supply of fuel to afterburner chamber and supply of heated gases to convection area of boiler; at that, fuel combustion in fuel combustion chamber is performed by means of restricting active air screen, mainly of cylindrical shape, which is formed with air flow along the perimetre of inner surface of gas-overflow opening by means of additional air annular channel retaining the burnt fuel in active combustion zone of the boiler.

EFFECT: prevention of carryover of unburnt fuel particles from furnace, and its more complete combustion.

6 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к технологии сжигания топлива, и может быть использовано для сжигания измельченных растительных отходов, лузги, отходов древесины и др.The invention relates to a power system, in particular to a technology for burning fuel, and can be used for burning shredded plant waste, husks, waste wood, 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, двумя газоперепускными окнами, обмуровкой, конвективной зоной, системами подачи топлива и воздушной смеси, основное сжигание топлива осуществляется в двух расположенных по обе стороны от камеры дожигания камерах сгорания. Выступ, выполненный на газоперепускных окнах в сторону каждой камеры сгорания, уменьшает 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, что, по мнению авторов известного устройства, снижает расход топлива.Known vortex furnace, with which the combustion of plant waste is carried out (see RF patent No. 2228489 "Vortex furnace"). In the well-known vortex furnace with two combustion chambers, an afterburner, two gas vents, a lining, a convection zone, fuel supply systems and an air mixture, the main fuel is burned in two combustion chambers located on both sides of the afterburner. The protrusion made on the gas transfer windows towards each combustion chamber reduces 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 is reduced, which, according to the authors of the known device, reduces fuel consumption.

К недостаткам известного способа сжигания топлива можно отнести его недостаточную эффективность, вынос большей части мелких частиц в камеру дожигания и их осаждение и спекание на стенах топки.The disadvantages of the known method of burning fuel include its lack of efficiency, the removal of most of the small particles into the afterburner and their deposition and sintering on the walls of the furnace.

Известна более совершенная технология сжигания топлива (см. патент РФ №2230980 «Способ подачи вторичного дутья и топочное устройство (варианты)» - прототип). Способ-прототип включает в себя подачу вторичного дутья в топку через газоотводящее 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 more advanced technology for burning fuel (see RF patent No. 2230980 "Method for supplying secondary blast and furnace device (options)" - prototype). The prototype method includes the supply of secondary blast into the furnace through a flue window towards the flow of combustion products exiting the combustion chamber, while the secondary blast is introduced tangentially along the contour of the flue 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 способа можно отнести низкую эффективность. Вдувание вторичного дутья отдельными струями приводит к хорошему хаотичному перемешиванию потока, но не предотвращает вынос недогоревших частиц топлива из топки.The disadvantages of this method include low efficiency. Blowing the secondary blast with separate jets leads to a good chaotic mixing of the flow, but does not prevent the removal of unfinished particles of fuel from the furnace.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности создание условий для более полного сгорания частиц топлива и повышение эффективности.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 increased efficiency.

Поставленная задача достигается тем, что более полное сжигание топлива в вихревой топке осуществляется при помощи ограничительного, преимущественно цилиндрической формы, активного воздушного экрана, удерживающего горящее топливо в активной зоне сгорания вихревой топки котла, при помощи воздушного кольцевого канала, образованного воздушным потоком по периметру внутренней поверхности газоперепускного окна и обечайкой.The task is achieved in that a more complete combustion of fuel in a vortex furnace is carried out using a restrictive, mainly cylindrical, active air screen that holds burning fuel in the active combustion zone of the boiler vortex furnace, using an air annular channel formed by the air flow around the perimeter of the inner surface gas transfer window and rim.

Скорость дополнительного воздушного потока в зависимости от вида топлива поддерживают равной 10…30 м/сек.The speed of the additional air flow depending on the type of fuel is maintained equal to 10 ... 30 m / s.

Подача воздушного потока выполнена при помощи воздуховода, подведенного к кольцевому каналу тангенциально со стороны камеры дожигания.The air flow was supplied by means of an air duct led tangentially from the side of the afterburning chamber to the annular channel.

Воздушный ограничительный экран, создаваемый воздушным кольцевым каналом, выполнен с возможностью вращения в направлении вращения вихря сжигаемого топлива.The air restriction screen created by the air annular channel is configured to rotate in the direction of rotation of the vortex of the combusted fuel.

Воздушный ограничительный экран, создаваемый воздушным кольцевым каналом, выполнен с возможностью вращения в направлении, обратном направлению вращения вихря сжигаемого топлива.The air restriction screen created by the air annular channel is made to rotate in the direction opposite to the direction of rotation of the vortex of the combusted fuel.

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

Новизной предложенного способа является сжигание топлива в вихревой топке при помощи ограничительного, преимущественно цилиндрической формы активного воздушного экрана, создаваемого воздушным потоком по периметру внутренней поверхности газоперепускного окна при помощи воздушного кольцевого канала, удерживающего горящее топливо в активной зоне вихревой топки 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 предотвращая его спекание и осаждение на стенках камеры сгорания.The novelty of the proposed method is the combustion of fuel in a vortex furnace using a restrictive, mainly cylindrical, active air screen created by the air flow around the perimeter of the inner surface of the gas transfer window using an air annular channel that holds burning fuel in the active zone of the boiler vortex furnace. During the blasting process, the air screen constantly limits (discards) unburned fuel particles from the gas transfer window, directing the vortex flow of burning fuel along the circular rotation path, thereby increasing the burning time of the fuel and preventing its sintering and deposition on the walls of the combustion chamber.

Дополнительные признаки, характеризующие предлагаемое изобретение, такие как выполнение скорости воздушного потока, равной 10…30 м/с, в зависимости от вида топлива, подвод воздушного потока к кольцевому каналу тангенциально со стороны камеры дожигания, выполнение воздушного ограничительного экрана, создаваемого воздушным кольцевым каналом, в направлении вращения вихревого потока сгораемого топлива, или в обратном направлении вращению вихревого потока сгораемого топлива, а также выполнение площади выходного сечения кольцевого воздушного канала по отношению к площади сечения кольцевого завихрителя в соотношении, равном 0,01…0,3 к 1,0, направлены на достижение поставленной изобретением задачи. Так, чем крупнее горящие частицы топлива, тем с большей скоростью подается дутье через кольцевой канал и наоборот, чем мельче частицы сгораемого топлива, тем скорость должна быть ниже. При скорости воздушного потока, создающего ограничительный экран, менее 10 м/с возрастает расход топлива и возрастает унос топлива из топки. При скорости более 30 м/сек происходит неэффективное отсечение горящего топливного вихря от газовыпускного окна, поскольку воздушный поток в вихревой топке начинает перемешивать потоки, а не отсекать. Ограничительный 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, легко сгораемых частицах топлива вращение ограничительного экрана может быть и противоположным вращению вихря сгораемого топлива.Additional features that characterize the present invention, such as the performance of an air flow rate of 10 ... 30 m / s, depending on the type of fuel, the supply of air flow to the annular channel tangentially from the afterburner, the implementation of the air restriction screen created by the air annular channel, in the direction of rotation of the vortex flow of combustible fuel, or in the opposite direction of the rotation of the vortex flow of combustible fuel, as well as the execution of the area of the output section of the annular air th channel relative to the cross-sectional area of the annular swirler in a ratio equal to 0.01 to 1.0 ... 0.3, aimed at achieving the objectives stated by the invention. So, the larger the burning fuel particles, the greater the speed of blast through the annular channel and vice versa, the smaller the particles of combustible fuel, the lower the speed. At an air flow rate creating a restriction screen of less than 10 m / s, fuel consumption increases and fuel entrainment from the furnace increases. At a speed of more than 30 m / s, the burning fuel vortex is ineffectively cut off from the gas outlet window, since the air flow in the vortex furnace begins to mix the flows rather than cut them off. The restrictive 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 restriction screen is rotated along the rotation of the vortex of burning fuel. With small, easily combustible fuel particles, the rotation of the restrictive screen can also be the opposite of the rotation of the vortex of combustible fuel.

Предлагаемый способ схематично поясняется изображением, показанным на прилагаемых чертежах.The proposed method is schematically illustrated by the image shown in the accompanying drawings.

На фиг.1 схематично изображена вихревая топка котла с двумя камерами сгорания и одной камерой дожигания топлива.Figure 1 schematically depicts a swirl furnace of a boiler with two combustion chambers and one chamber of fuel afterburning.

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.

Вихревая топка, в которой осуществляется предлагаемый способ, состоит из двух камер сгорания 1 и 2, ограничительных топочных панелей 3 и 4, камеры дожигания топлива 5, двух газоперепускных окон 6 и 7 и воздуховодов подачи воздуха в камеры сгорания 8, подачи воздуха к газоперепускному окну 9 и подачи топливовоздушной смеси 10 в камеры сгорания 1 и 2. Конвективная часть котла через окно связана с камерой дожигания топлива 5.The vortex furnace, in which the proposed method is carried out, consists of two combustion chambers 1 and 2, restrictive furnace panels 3 and 4, a fuel afterburner 5, two gas bypass windows 6 and 7, and air ducts for supplying air to the combustion chambers 8, for supplying air to the gas transfer window 9 and the supply of the air-fuel mixture 10 to the combustion chambers 1 and 2. The convective part of the boiler through the window is connected to the fuel afterburner 5.

Каждое из газоперепускных окон выполнено в виде внутренней цилиндрической обечайки 11 и наружной обечайки 12. Воздуховод 9 при помощи кольцевого канала 13 с уменьшающимся по ходу движения воздушного потока поперечным сечением связан со щелевым воздушным каналом 14, выполненным между обечайками 11 и 12. Обечайки 11 и 12 могут быть смонтированы концентрично с равными зазорами в верхней, боковых и нижней частях, или могут быть смонтированы с неравными зазорами сверху, с боков и снизу. На внутренней поверхности внутренней обечайки 12 установлены направляющие 15, способствующие дополнительному закручиванию воздушного экрана как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.Each of the gas transfer windows is made in the form of an inner cylindrical shell 11 and an outer shell 12. The air duct 9 is connected to the slotted air channel 14 made between the shells 11 and 12 with the cross-section decreasing along the air flow 14. can be mounted concentrically with equal gaps in the upper, lateral and lower parts, or can be mounted with unequal gaps at the top, sides and bottom. Guides 15 are installed on the inner surface of the inner shell 12, which contribute to the additional twisting of the air screen both clockwise and counterclockwise.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is as follows.

Топливо при помощи дозатора и воздушного потока эжекционно по воздуховоду 10 одновременно подается в разожженные камеры сгорания 1 и 2, где начинает гореть и отдавать тепло. Одновременно с подачей топливовоздушной смеси для создания топливного вихря в камеры сгорания подается дутье по воздуховодам 8, сопла которых, расположенные по ходу воздушного потока последовательно закручивают поток, придавая ему вращательное движение. Наиболее крупные частицы топлива стремятся опуститься вниз, где их вновь подхватывают воздушный и воздушно-топливный потоки, вовлекая во вращательное движение. Более мелкие, но еще не сгоревшие частицы топлива, находящиеся в средней части камер сгорания отбрасываются воздушным ограничительным экраном, созданным закрученным потоком воздуха, выходящим из кольцевого канала-сопла между обечайками 11 и 12. Поскольку несгоревшие легкие частицы все еще имеют вес, то под действием воздушных потоков, подаваемых в камеры сгорания, и сил инерции они стремятся сместиться к периферии, а ограничительный экран уменьшает выход недогоревших частиц из камер сгорания. Под воздействием избыточного давления, создаваемого воздушными и воздушно-топливными потоками, наиболее легкая часть несгоревшего топлива поступает в камеру 5 дожигания, где и догорает. Нагретые до температуры 800°…950° газы поступают в конвективную зону котла, где и отдают тепло через стенки труб теплоносителю.Fuel using a dispenser and an air flow ejection through the duct 10 is simultaneously fed into the ignited combustion chambers 1 and 2, where it begins to burn and give off heat. Simultaneously with the supply of the air-fuel mixture to create a fuel vortex, combustion is supplied to the combustion chambers through air ducts 8, whose nozzles located in the course of the air flow sequentially swirl the flow, giving it a rotational movement. The largest particles of fuel tend to fall down, where they are again picked up by air and air-fuel flows, involving in rotational motion. Smaller, but not yet burnt fuel particles located in the middle of the combustion chambers are discarded by an air restriction screen created by a swirling air stream leaving the annular channel of the nozzle between the shells 11 and 12. Since unburnt light particles still have weight, under the influence air flows supplied to the combustion chambers, and inertial forces, they tend to shift to the periphery, and the restriction screen reduces the output of unburned particles from the combustion chambers. Under the influence of excess pressure created by air and air-fuel flows, the lightest part of unburned fuel enters the afterburner 5, where it burns out. Gases heated to a temperature of 800 ° ... 950 ° enter the convection zone of the boiler, where they transfer heat through the pipe walls to the coolant.

Конкретный пример осуществления предлагаемого способа.A specific example of the proposed method.

Топливо (лузгу подсолнечника) при помощи дозатора и воздушного потока эжекционно по воздуховоду 10 подавали в разожженные камеры сгорания 1 и 2, где лузга начинала гореть и отдавать тепло стенкам котла. Одновременно с подачей лузги подавали дутье воздушным потоком воздуховодов 8 и их сопел в центре каждой камеры сгорания, при помощи которого создавался топливный вихрь - вращающийся и горящий топливовоздушный поток. Наиболее крупные частицы топлива стремились опуститься вниз, но их вновь подхватывали и возвращали в вихрь. Мелкие частицы топлива воздушным ограничительным экраном, созданным закрученным потоком воздуха, выходящим из кольцевого канала между обечайками 11 и 12, отсекались от газовыпускного окна и отбрасывались назад в вихрь. Под воздействием избыточного давления, создаваемого воздушными и воздушно-топливными потоками, наиболее легкая часть несгоревшего топлива вытеснялась в камеру 5 дожигания, где и догорала. Нагретые до температуры 800°…950° газы поступали в конвективную часть котла, где и отдавали тепло через стенки труб теплоносителю.Fuel (sunflower husk) was ejected through the duct 10 into the ignited combustion chambers 1 and 2 using a metering unit and an air flow, where the husk began to burn and give off heat to the boiler walls. Simultaneously with the supply of husks, blast was supplied with an air stream of air ducts 8 and their nozzles in the center of each combustion chamber, by means of which a fuel vortex was created - a rotating and burning air-fuel stream. The largest particles of fuel sought to fall down, but they were again picked up and returned to the whirlwind. Small particles of fuel by an air restriction screen created by a swirling stream of air exiting the annular channel between the shells 11 and 12 were cut off from the gas outlet window and thrown back into the vortex. Under the influence of excess pressure created by air and air-fuel flows, the lightest part of unburned fuel was displaced into the afterburner 5, where it burned out. Gases heated to a temperature of 800 ° ... 950 ° entered the convection part of the boiler, where they transferred heat through the walls of the pipes to the coolant.

В настоящее время на котел для осуществления способа сжигания топлива разработана конструкторская документация, изготовлено несколько опытных котлов, проведены испытания.Currently, design documentation has been developed for the boiler for implementing the method of burning fuel, several pilot boilers have been manufactured, and tests have been carried out.

Предварительные результаты испытаний дали положительные результаты. Принято решение о производстве котлов, осуществляющих предлагаемый способ.Preliminary test results have yielded positive results. A decision was made on the production of boilers implementing the proposed method.

Claims

1. A method of burning fuel in a vortex furnace with at least one combustion chamber, comprising supplying and burning the air-fuel mixture in the fuel combustion chamber, subsequent supply of fuel to the afterburner and the supply of heated gases to the convection zone of the boiler, characterized in that the fuel is burned in the combustion chamber, the fuel is carried out using a restrictive, mainly cylindrical, active air screen formed by the air flow around the perimeter of the inner surface of the gas passage window using stuffy annular channel, retaining the active burning fuel in the boiler combustion zone.

2. The method according to claim 1, characterized in that the air flow rate, depending on the type of fuel, is maintained equal to 13 ÷ 30 m / s.

3. The method according to claim 1, characterized in that the air flow is supplied using an air duct connected to the annular channel tangentially from the side of the afterburner.

4. The method according to claim 1, characterized in that the air restriction screen is made to rotate in the direction of rotation of the vortex of the combusted fuel.

5. The method according to claim 1, characterized in that the air restriction screen is configured to rotate in the opposite direction to the rotation of the vortex of the combusted fuel.

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