RU2455561C1

RU2455561C1 - Grate-fired swirling-type furnace for combustion of wood waste

Info

Publication number: RU2455561C1
Application number: RU2010143394/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Константинович Любов (RU); Виктор Константинович Любов
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2012-07-10
Also published as: RU2010143394A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: grate-fired swirling-type furnace for combustion of wood waste includes primary furnace with reverse air blowing, which is equipped with primary air supply device, fuel supply device in the form of hoses of cascade-tray type, front inclined wall with a narrowing, and swirl-type combustion chamber with secondary air supply devices, which are separated with a clamping grid; at that, in primary furnace with reverse air blowing the front inclined wall is made of the tubes included in the boiler circulation circuit, and gaps between tubes are equipped with inserts having gaps for primary air passage; lower section of clamping grid is screened and has studs on tubes of lower row; upper part of clamping grid is also screened; swirl-type combustion chamber is equipped with gas-oil burner device installed on side wall at the level of the narrowing, angular single-tier tertiary air supply nozzles installed above upper header of clamping grid, tangentially with downward inclination, and slag removal system is connected to secondary air supply devices of swirl-type combustion chamber.

EFFECT: improving technical and economical parameters and ecological indices of the operation at combustion of bark-containing waste of non-homogeneous particle-size distribution of fuel mixture.

3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания отходов обработки и переработки древесной биомассы и может найти применение в промышленной теплоэнергетике.The invention relates to a device for burning waste from the processing and processing of wood biomass and may find application in industrial heat power engineering.

Известны топки скоростного горения системы В.В.Померанцева, представляющие собой вертикальную камеру, ограниченную с трех сторон кирпичной кладкой, а со стороны топочной камеры - зажимающей решеткой из стальных ошипованных труб, включенных в систему циркуляции котла и являющихся фронтовым экраном. Данные топки имеют неподвижный и подвижный пережимы, под которые подается воздух, обеспечивающий сгорание топлива в зажатом вертикальном слое. Для догорания мелких фракций топлива, выносимых из вертикального слоя, под топки «подметает» поток вторичного воздуха, движущийся сплошным потоком от задней стены топки к фронтовой [Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987, с.51-52].The combustion chambers of high-speed combustion of the V.V. Pomerantsev system are known, which are a vertical chamber bounded on three sides by masonry, and on the side of the combustion chamber, by a clamping grid of studded steel pipes included in the boiler circulation system and which are the front screen. These fire chambers have fixed and movable clamps, under which air is supplied, which ensures combustion of fuel in a clamped vertical layer. To burn out the small fractions of fuel carried out from the vertical layer, a sweeping stream of secondary air “moving” from the back wall of the furnace to the front “sweeps” under the firebox [Golovkov SI, Koperin I.F., Naydenov V.I. Energy use of wood waste. - M .: Forest industry, 1987, p.51-52].

Для расширения диапазона энергетического использования древесных отходов с повышенным содержанием минеральных примесей применяются топочные устройства ВО-110 с механизированным золо- и шлакоудалением, в которых также используется принцип зажатого слоя [Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987, с.52-54].To expand the range of energy use of wood waste with a high content of mineral impurities, VO-110 furnace devices with mechanized ash and slag removal are used, which also use the principle of a clamped layer [Golovkov SI, Koperin I.F., Naidenov V.I. Energy use of wood waste. - M .: Forest industry, 1987, p.52-54].

Принцип зажатого слоя используется и в топках для сжигания древесных отходов [Авторское свидетельство СССР №1615463 А1, 5 F23В 5/04, 1990], где для повышения экономичности сжигания топлива применяется автономный подвод и индивидуальное регулирование первичного воздуха по ширине топки.The principle of the sandwiched layer is also used in fireboxes for burning wood waste [USSR Author's Certificate No. 1615463 A1, 5 F23B 5/04, 1990], where autonomous supply and individual regulation of primary air along the width of the firebox are used to increase the fuel economy.

Для сжигания коросодержащих древесных отходов применяются топки скоростного горения СевНИИП-ЦКТИ и комбинированные топочные устройства, содержащие предтопок, в котором находятся неподвижная наклонная и подвижная горизонтальная цепная колосниковые решетки, и призматическую камеру дожигания и охлаждения продуктов сгорания [Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987, с.94-96]. Комбинированными топочными устройствами оборудовались многотопливные котлоагрегаты КМ-75-40, однако ввиду неудовлетворительных технико-экономических и экологических показателей данные котлы были сняты с производства в 1985 г.For burning bark-containing wood waste, high-speed combustion furnaces of SevNIIIP-TsKTI and combined furnace devices containing a pre-furnace, in which there are fixed oblique and movable horizontal chain grates, and a prismatic chamber for burning and cooling combustion products [Golovkov SI, Koperin I. F., Naydenov V.I. Energy use of wood waste. - M .: Forest industry, 1987, p. 94-96]. KM-75-40 multi-fuel boiler units were equipped with combined furnace devices, however, due to unsatisfactory technical, economic and environmental indicators, these boilers were discontinued in 1985.

В топках скоростного горения СевНИИП-ЦКТИ с обращенным дутьем коросодержащие древесные отходы по рукаву каскадно-лоткового типа поступают на фронтовую наклонную стенку, выложенную из огнеупорного кирпича, с помощью основного и нижнего пережимов, а также ошипованных труб, являющихся фронтовым экраном, формируется зажатый слой древесных отходов, который пронизывается потоком горячего первичного воздуха, подаваемого со стороны фронтовой стены котла. Очаговые остатки и мелкофракционные древесные отходы потоком первичного воздуха выносятся из объема предтопка, что позволяет сжигать биотопливо с повышенным содержанием минеральных примесей. Для догорания мелких фракций топлива, выносимых из зажатого слоя, под топки «подметают» струи вторичного воздуха, движущиеся сплошными потоками от задней к фронтовой стене топки. Профилированный под топки, выполненный из огнеупорного материала, позволяет обеспечить с помощью струй вторичного воздуха вихревое движение дымовых газов вокруг вертикальной стенки, выполненной из огнеупорного кирпича. [Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987, с.94-95]. Данное топочное устройство принято нами за прототип.In the high-speed combustion furnaces of SevNIIIP-TsKTI with blown-back, bark-containing wood waste along the cascade-chute type sleeve arrives at the front inclined wall lined with refractory brick, using the main and lower clamps, as well as studded pipes, which are the front screen, a clamped layer of wood is formed waste, which is penetrated by the flow of hot primary air supplied from the front wall of the boiler. Focal residues and fine-grained wood waste are removed from the pre-furnace volume by a stream of primary air, which makes it possible to burn biofuels with a high content of mineral impurities. To burn out the small fractions of fuel carried out from the clamped layer, under the furnaces “sweeps” of the secondary air stream moving in continuous flows from the back to the front wall of the furnace. Profiled under the firebox, made of refractory material, allows using the jets of secondary air to provide the vortex movement of flue gases around a vertical wall made of refractory brick. [Golovkov S.I., Koperin I.F., Naydenov V.I. Energy use of wood waste. - M .: Forest industry, 1987, p. 94-95]. This furnace device is accepted by us as a prototype.

Однако опыт эксплуатации данных топочных устройств показал, что они пригодны для сжигания смеси топливной щепы с корой или опилка с корой при условии, что доля коры не превышает 25%, а средняя относительная влажность топливной смеси не превышает 55…60%. Увеличение доли коры в топливной смеси более 25% или повышение влажности отходов (более 60%) вызывают резкое снижение технико-экономических и экологических показателей работы топочных устройств.However, the operating experience of these furnace devices showed that they are suitable for burning a mixture of wood chips with bark or sawdust with bark, provided that the proportion of bark does not exceed 25% and the average relative humidity of the fuel mixture does not exceed 55 ... 60%. An increase in the proportion of bark in the fuel mixture of more than 25% or an increase in the humidity of the waste (more than 60%) cause a sharp decrease in the technical, economic and environmental performance of the combustion devices.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение технико-экономических и экологических показателей работы топочного устройства при сжигании коросодержащих отходов с широким диапазоном изменения состава топливной смеси с влажностью на рабочую массу до 65% и обеспечение сжигания топливной смеси крайне неоднородного гранулометрического состава (с размером частиц, отличающимся в тысячи раз).The problem to which the invention is directed, is to increase the technical, economic and environmental performance of the furnace device when burning bark waste with a wide range of changes in the composition of the fuel mixture with moisture per working mass up to 65% and ensuring the combustion of the fuel mixture with an extremely heterogeneous particle size distribution (with size particles differing a thousand times).

Это достигается тем, что у слое-вихревой топки для сжигания древесных отходов, содержащей разделенные зажимающей решеткой предтопок с обращенным дутьем, снабженный устройствами подачи первичного воздуха, подачи топлива в виде рукавов каскадно-лоткового типа, фронтовой наклонной стенкой с пережимом, и вихревую камеру сгорания, с устройствами подачи вторичного воздуха, в предтопке с обращенным дутьем фронтовая наклонная стенка выполнена из труб, включенных в контур циркуляции котла, и промежутки между трубами снабжены проставками, имеющими зазоры для прохода первичного воздуха, нижний участок зажимающей решетки фестонирован и имеет шипы на трубах нижнего ряда, верхняя часть зажимающей решетки также фестонирована; вихревая камера сгорания снабжена газо-мазутным горелочным устройством, установленным на боковой стене на уровне пережима, угловыми одноярусными соплами подачи третичного воздуха, установленными выше верхнего коллектора зажимающей решетки, тангенциально, с наклоном вниз, а к устройствам подачи вторичного воздуха вихревой камеры подключена система вывода шлака.This is achieved by the fact that in a layer of a vortex furnace for burning wood waste, containing a preheater with reverse blast separated by a clamping grate, equipped with primary air supply devices, fuel supply in the form of cascade-tray type sleeves, a front inclined wall with a pinch, and a vortex combustion chamber , with secondary air supply devices, in a pre-furnace with reverse blast, the front inclined wall is made of pipes included in the boiler circulation circuit, and the spaces between the pipes are provided with spacers having they have gaps for the passage of primary air, the lower portion of the clamping grille is festooned and has spikes on the pipes of the lower row, the upper part of the clamping grille is also festooned; the vortex combustion chamber is equipped with a gas-oil burner mounted on the side wall at the pinch level, angular single-tier tertiary air supply nozzles mounted above the upper collector of the clamping grating, tangentially, with a downward inclination, and a slag output system connected to the secondary air supply devices of the vortex chamber .

На фиг.1 изображена предлагаемая слое-вихревая топка, продольный разрез; на фиг.2 - горизонтальный разрез А-А фиг.1 (экранные трубы условно не показаны); на фиг.3 - разрез В-В фронтовой наклонной стенки.Figure 1 shows the proposed layer-swirl furnace, a longitudinal section; figure 2 is a horizontal section aa of figure 1 (screen pipes conventionally not shown); figure 3 is a section bb of the front inclined wall.

Слое-вихревая топка для сжигания древесных отходов содержит разделенные зажимающей решеткой 1 предтопок 2 с обращенным дутьем, снабженный устройствами подачи первичного воздуха 3, подачи топлива в виде рукавов каскадно-лоткового типа, фронтовой наклонной стенкой 4 с пережимом, и вихревую камеру сгорания 5, с устройствами подачи вторичного воздуха 6, в предтопке с обращенным дутьем фронтовая наклонная стенка 4 выполнена из труб, включенных в контур циркуляции котла, и промежутки между трубами снабжены проставками 7, имеющими зазоры для прохода первичного воздуха, нижний участок зажимающей решетки фестонирован и имеет шипы на трубах нижнего ряда, верхняя часть зажимающей решетки также фестонирована; вихревая камера сгорания 5 снабжена системой вывода шлака 8, газо-мазутным горелочным устройством 9, установленным на боковой стене на уровне пережима, угловыми одноярусными соплами 10 подачи третичного воздуха, установленными выше верхнего коллектора зажимающей решетки 1, тангенциально, с наклоном вниз. Фронтовой 11 и задний 12 скаты «холодной» воронки заэкранированы трубами, исключающими прямой проскок частиц через устье воронки. К устью «холодной» воронки подключены устройства подачи вторичного воздуха 6, обеспечивающие его ввод вдоль фронтового ската 11 «холодной» воронки. К устройствам подачи вторичного воздуха 6 подключена система вывода шлака 8. Выше верхнего коллектора зажимающей решетки 1 по углам вихревой камеры сгорания 5 в один ярус установлены сопла подачи третичного воздуха 10, которые наклонены вниз и направлены тангенциально по касательной к условной окружности в центре с диаметром (0,1...0,13)В (где В - глубина вихревой камеры сгорания).The layer-vortex furnace for burning wood waste contains a preheater 2 with a reversed blast separated by a clamping grid, equipped with primary air supply 3, fuel supply in the form of cascade-tray type sleeves, a front inclined wall 4 with a pinch, and a vortex combustion chamber 5, s secondary air supply devices 6, in a preheating furnace with reverse blast, the front inclined wall 4 is made of pipes included in the boiler circulation circuit, and the spaces between the pipes are provided with spacers 7 having gaps for passage primary air, the lower part of the clamping grate is scalloped and has spikes on the pipes of the lower row, the upper part of the clamping grate is also scalloped; the vortex combustion chamber 5 is equipped with a slag exhaust system 8, a gas-oil burner device 9 mounted on the side wall at the pinch level, angular single-tier tertiary air nozzles 10 mounted above the upper collector of the clamping grate 1, tangentially, with a downward slope. Front 11 and rear 12 slopes of the “cold” funnel are shielded by pipes, eliminating the direct passage of particles through the mouth of the funnel. Secondary air supply devices 6 are connected to the mouth of the “cold” funnel, ensuring their input along the front slope 11 of the “cold” funnel. A slag outlet system 8 is connected to the secondary air supply devices 6. Above the upper collector of the clamping grate 1 at the corners of the vortex combustion chamber 5, tertiary air nozzles 10 are installed in one tier, which are inclined downward and tangentially directed tangentially to a conditional circle in the center with a diameter ( 0.1 ... 0.13 ) B (where B is the depth of the vortex combustion chamber).

Работа слое-вихревой топки для сжигания древесных отходов осуществляется следующим образом.The work of the layer-vortex furnace for burning wood waste is as follows.

Древесные отходы из бункера по рукавам каскадно-лоткового типа подаются в предтопок 2 с обращенным дутьем, снабженный устройствами подачи первичного воздуха 3, где с помощью фронтовой наклонной стенки 4 с пережимом и зажимающей решетки 1 формируется слой топлива, который пронизывается основным потоком первичного воздуха, обеспечивающим его активное выгорание в нижней части предтопка 2, другая часть первичного воздуха проходит через зазоры между стальными проставками 7 фронтовой наклонной стенки 4, обеспечивая термообработку и воспламенение слоя, образующиеся продукты сгорания в основном через щели зажимающей решетки 1 выходят в вихревую камеру сгорания 5, а другая их часть поднимается в зону термической подготовки древесных отходов, обеспечивая их подсушку. Для повышения загрузки топливом вихревой камеры сгорания 5 и увеличения компании котла по условиям шлакования предтопка 2 первичный воздух через устройства для его подачи 3 вводится со стороны фронтовой стены котла, нижний участок зажимающей решетки 1 фестонирован и имеет ошипованные трубы в нижнем ряду. Противоположно направленные потоки: вторичного воздуха, выходящего из устройств 6 его подачи и движущегося вдоль фронтового ската 11 «холодной» воронки, и продуктов сгорания, выходящих через щели зажимающей решетки 1, создают вращающий момент, обеспечивающий многократную принудительную циркуляцию топлива в вихревом потоке с горизонтальной осью вращения. Конструкция устройств подачи вторичного воздуха 6 обеспечивающая постепенное снижение скорости потока, позволяет сепарировать топливные частицы по их массе и размерам, подсушивать и возвращать обратно в вихревую камеру сгорания 5, а шлак и инородные включения позволяет отводить в систему вывода шлака 8 для последующего удаления. Поток горячего воздуха, выходящий из устройств подачи вторичного воздуха 6 и движущийся вдоль фронтового ската 11 «холодной» воронки, способствует созданию на нем элементов противоточного слоя из горящих коксовых частиц, что дополнительно стабилизирует процесс воспламенения и горения высоковлажного топлива.Wood waste from the hopper along the cascade-chute type sleeves is fed to the pre-furnace 2 with reverse blast, equipped with primary air supply devices 3, where a fuel layer is formed with the front inclined wall 4 with clamping and clamping grate 1, which is penetrated by the main stream of primary air, which provides its active burnout in the lower part of the pre-furnace 2, the other part of the primary air passes through the gaps between the steel spacers 7 of the front inclined wall 4, providing heat treatment and ignition layer, the resulting combustion products mainly through the slits of the clamping lattice 1 go into the vortex combustion chamber 5, and the other part rises into the zone of thermal preparation of wood waste, ensuring their drying. In order to increase the fuel load of the vortex combustion chamber 5 and increase the boiler company according to the slagging conditions, the pre-furnace 2 primary air is introduced from the front wall of the boiler through the devices for its supply 3, the lower part of the clamping grate 1 is festooned and has studded pipes in the lower row. Opposite flows: secondary air leaving the device 6 for its supply and moving along the front slope 11 of the "cold" funnel, and combustion products emerging through the slots of the clamping grid 1, create a torque that provides multiple forced circulation of fuel in a vortex stream with a horizontal axis rotation. The design of the secondary air supply devices 6, which provides a gradual decrease in the flow rate, allows the fuel particles to be separated by their mass and size, dried and returned to the vortex combustion chamber 5, and slag and foreign inclusions can be removed to the slag output system 8 for subsequent removal. A stream of hot air coming out of the secondary air supply devices 6 and moving along the front slope 11 of the “cold” funnel contributes to the creation of countercurrent layer elements from burning coke particles on it, which further stabilizes the ignition and combustion of high-moisture fuel.

Для организации ступенчатого сжигания топлива, с целью снижения эмиссии вредных веществ, а также для повышения полноты выгорания коксовых частиц выше верхнего коллектора зажимающей решетки 1 по углам вихревой камеры сгорания 5 в один ярус тангенциально установлены угловые сопла подачи третичного воздуха 10, которые наклонены вниз. Струи третичного воздуха обеспечивают дополнительную сепарацию топливных частиц в нижнюю часть вихревой камеры сгорания 5, а также организуют дополнительный вихревой поток с вертикальной осью вращения, повышая полноту выгорания горючих компонент биотоплива. На боковой стене вихревой камеры сгорания 5 на уровне пережима предтопка 2 установлено газомазутное горелочное устройство 9, используемое при растопке котла, а также при сжигании коросодержащих отходов с относительной влажностью более 65% для интенсификации их термоподготовки. Верхняя часть зажимающей решетки 1 также фестонирована, что дополнительно стабилизирует процесс термоподготовки древесных отходов. Наличие вихревых потоков как в нижней, так и в верхней частях вихревой камеры сгорания 5 интенсифицирует тепло-массообменные процессы по всей ее высоте, что особенно важно для участка зажимающей решетки 1, где идет процесс термической подготовки сырого топлива. Расход горячего воздуха на устройства подачи вторичного воздуха 6 и угловые сопла подачи третичного воздуха 10 зависит от нагрузки котлоагрегата, гранулометрического состава древесных отходов и их влажности. По мере накопления очаговых остатков и инородных примесей на нижнем участке зажимающей решетки 1 котлоагрегат останавливают для расшлаковки предтопка 2.To organize step-by-step burning of fuel, in order to reduce the emission of harmful substances, and also to increase the completeness of burning of coke particles above the upper collector of the clamping grate 1, angular nozzles for supplying tertiary air 10, which are inclined downward, are tangentially installed at the corners of the vortex combustion chamber 5 into one tier. The tertiary air jets provide additional separation of fuel particles into the lower part of the vortex combustion chamber 5, and also organize an additional vortex flow with a vertical axis of rotation, increasing the completeness of burning of combustible components of biofuel. A gas-oil burner 9 is installed on the side wall of the vortex combustion chamber 5 at the level of the pre-furnace pinch 2, used for kindling the boiler, as well as for burning bark waste with a relative humidity of more than 65% to intensify their heat treatment. The upper part of the clamping lattice 1 is also festooned, which further stabilizes the process of heat treatment of wood waste. The presence of vortex flows in both the lower and upper parts of the vortex combustion chamber 5 intensifies heat and mass transfer processes along its entire height, which is especially important for the clamping grating section 1, where the process of thermal preparation of crude fuel is going on. The flow of hot air to the secondary air supply device 6 and the angular nozzles for the supply of tertiary air 10 depends on the load of the boiler unit, the particle size distribution of wood waste and their moisture content. As the accumulation of focal residues and foreign impurities in the lower portion of the clamping lattice 1, the boiler unit is stopped to melt the furnace 2.

Исследования показали, что слое-вихревая топка позволяет получить эффективное сочетание зажатого слоя с обращенным дутьем, вихревых зон, расположенных под и над предтопком, и противоточного слоя на фронтовом скате «холодной» воронки, что обеспечивает повышение экономичности сжигания высоковлажных коросодержащих отходов с широким диапазоном изменения гранулометрического состава топливной смеси, увеличивает в 2…3 раза компанию котла по условиям шлакования предтопка и не менее чем на 30% его производительность без «подсветки» высококалорийным топливом, а также значительно снижает выбросы оксидов азота и угарного газа.Studies have shown that a layer-vortex furnace provides an effective combination of a clamped layer with reverse blast, vortex zones located under and above the pre-furnace, and a countercurrent layer on the front slope of the “cold” funnel, which increases the efficiency of burning high-moisture bark containing waste with a wide variation range particle size distribution of the fuel mixture, increases by 2 ... 3 times the company of the boiler according to the conditions of slagging the furnace and by at least 30% its performance without "highlighting" high with fossil fuels, and also significantly reduces emissions of nitrogen oxides and carbon monoxide.

Claims

A layer-vortex furnace for burning wood waste, containing a preheater with reverse blast separated by a clamping grid, equipped with primary air supply devices, fuel supply in the form of cascade-tray type sleeves, a front inclined wall with pinch, and a vortex combustion chamber with secondary air supply devices, moreover, in a preheating furnace with a reversed blast, the front inclined wall is made of pipes included in the boiler circulation circuit, and the spaces between the pipes are provided with spacers having gaps for passage and primary air, a lower clamping portion and has a lattice festonirovan studs on the tubes of the lower row, the upper part of the clamping grate also festonirovana; the vortex combustion chamber is equipped with a gas-oil burner mounted on the side wall at the pinch level, angular single-tier tertiary air supply nozzles mounted above the upper collector of the clamping lattice are tangentially inclined downward, and a slag output system is connected to the secondary air supply devices of the vortex chamber.