RU2648314C2

RU2648314C2 - Boiler with chamber furnace

Info

Publication number: RU2648314C2
Application number: RU2015155848A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Пузырёв; Вадим Алексеевич Голубев; Михаил Евгеньевич Пузырёв
Original assignee: Евгений Михайлович Пузырёв
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2018-03-23
Also published as: RU2015155848A

Abstract

FIELD: heating system.

SUBSTANCE: boiler with chamber furnace that has the nozzles of bottom blast installed counter-displaced on the walls of cold funnel and the burner firepots, located upper for at least one level, tangentially to the axis; above them, the furnace is divided into a post-combustion chamber and a gas-tight arch combustion chamber located below, which is made in the form of a funnel, recruited from tubes, curved in form of octagones, successively inscribed and enclosed, interconnected by spacers and included in tracts of forced boiler circulation.

EFFECT: increase of economy due to reduction of mechanic burn, reduction of harmful emissions and regulation of superheating temperature of steam due to afterburning at the outlet from furnace.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к паровым и водогрейным котлам с камерной топкой полуоткрытого типа при тангенциальной схеме расположения горелок, которое обеспечивает получение вращающегося факела, удержание и интенсивное стабильное низкотемпературное сжигание частиц топлива с удалением шлака в твердом виде. Устройство может использоваться для сжигания угля и углесодержащих отходов, в том числе в виде водоугольного топлива - ВУТ, для перевода газомазутных котлов на уголь и пылеугольных котлов с жидким удалением шлака на его удаление в твердом виде.The invention relates to steam and hot water boilers with a chamber furnace of a half-open type with a tangential arrangement of the burners, which provides a rotating torch, retention and intensive stable low-temperature combustion of fuel particles with solid slag removal. The device can be used for burning coal and coal-containing waste, including in the form of water-coal fuel - VUT, for converting gas-oil boilers to coal and pulverized coal boilers with liquid slag removal to remove it in solid form.

Известен котел с камерной топкой, называемой гамма топкой ВТИ [1. Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 17-30]. Топка разделена двухсторонним пережимом на камеру сгорания и расположенную над ней камеру дожигания. Она имеет прямоточные горелки, установленные на нижних гранях пережима, и работает с жидким удалением шлака. Благодаря встречно-наклонному размещению, горелки создают факелы с петлеобразными траекториями, проходящими через корни факелов. Подвод топочных газов к корню факелов обеспечивает интенсивное воспламенение, а пленка жидкого шлака обеспечивает высокоэффективное удержание и полное сгорание частиц топлива при высокой температуре.Known boiler with a chamber furnace, called the gamma furnace VTI [1. Kotler V.R. Special furnaces of power boilers. - M .: Energoatomizdat, 1990, p. 17-30]. The furnace is divided by double-sided clamping on the combustion chamber and the afterburner located above it. It has direct-flow burners mounted on the lower edges of the pinch, and works with liquid slag removal. Thanks to the counter-inclined placement, the burners create torches with loop-shaped trajectories passing through the roots of the torches. The supply of flue gases to the root of the flames provides intense ignition, and the liquid slag film provides highly efficient retention and complete combustion of fuel particles at high temperature.

Недостатками гамма топки ВТИ являются: большая эмиссия вредных выбросов, возгонка золы и интенсивное шлакование экранов. Гамма топка ВТИ не приспособлена для сжигания ВУТ и перевода газомазутных и угольных котлов на сжигание угля с удалением шлака в твердом виде.The disadvantages of the VTI gamma furnace are: large emission of harmful emissions, sublimation of ash and intense slagging of screens. The VTI gamma furnace is not suitable for burning fuel oil and for converting gas-oil and coal-fired boilers to coal burning with the removal of solid slag.

Известны котлы с низкотемпературной вихревой топкой - НТВ [2. Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 43, рис. 22]. Котлы с НТВ содержат камеру сгорания с холодной воронкой, расположенные на фронтовом экране направленные вниз прямоточные горелки, а также сопла дутья, установленные в устье холодной воронки и направленные встречно горелкам. Эта пара потоков формирует в небольшом объеме топки под пережим вихрь с горизонтальной осью вращения. Вихрь обеспечивает некоторое удержание частиц и низкотемпературный топочный процесс, распространяемый в холодную воронку котла.Known boilers with a low-temperature vortex furnace - NTV [2. Kotler V.R. Special furnaces of power boilers. - M .: Energoatomizdat, 1990, p. 43, fig. 22]. NTV boilers contain a cold funnel combustion chamber located on the front screen and direct-flow burners directed downward, as well as blast nozzles installed at the mouth of the cold funnel and directed towards the burners. This pair of flows forms in a small volume of the furnace under pinch a vortex with a horizontal axis of rotation. The vortex provides some particle retention and a low-temperature combustion process propagated into the cold funnel of the boiler.

Недостатком котлов с НТВ является высокая неравномерность топочного процесса, так как активный топочный процесс сосредоточен под горелками, преимущественно в холодной воронке, сопровождается натеканием мощных горелочных струй на задний экран и износом переднего. Кроме того, котлы вследствие плохой удерживающей способности имеют низкую экономичность из-за большого мехнедожога с уносом и провалом, характеризуются значительными вредными выбросами и сложностью регулирования температуры перегрева пара.The disadvantage of boilers with NTV is the high unevenness of the combustion process, since the active furnace process is concentrated under the burners, mainly in a cold funnel, accompanied by the leakage of powerful burner jets on the rear screen and the wear of the front one. In addition, boilers due to poor holding capacity have low efficiency due to the large mechanical burnout with entrainment and failure, are characterized by significant harmful emissions and the difficulty of controlling the temperature of the superheat of steam.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, которое выбрано прототипом, является котел с камерной топкой вихревого типа, имеющей в холодной воронке пропеллерное нижнее дутье, согласованное с подачей топливовоздушной смеси из яруса тангенциальных горелок. [3. Штым А.Н., Штым К.А., Дорогов Е.Ю. Котельные установки с циклонными предтопками. - Владивосток.: Издат. дом ДВФУ. 2012, стр. 28, рис. 1.14]. Активная вихревая аэродинамика равномерно распространяется на весь объем топки, включая холодную воронку, обеспечивает чистые экраны и низкотемпературный топочный процесс.Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed device, which is selected as a prototype, is a boiler with a vortex-type chamber fire chamber having a propeller lower blast in a cold funnel, coordinated with the supply of the air-fuel mixture from the tangential burner tier. [3. Shtym A.N., Shtym K.A., Dorogov E.Yu. Boiler plants with cyclone pre-furnaces. - Vladivostok.: Publ. FEFU house. 2012, p. 28, fig. 1.14]. Active vortex aerodynamics evenly spreads over the entire volume of the furnace, including the cold funnel, provides clean screens and a low-temperature furnace process.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

Низкая экономичность из-за большого мехнедожога с уносом и провалом вследствие плохой удерживающей способности топки, значительные вредные выбросы, так как на выходе из топки нет дожигающих устройств, и сложность регулирования температуры перегрева пара.Low efficiency due to the large mechanical burnout with entrainment and failure due to poor holding capacity of the furnace, significant harmful emissions, since there are no afterburners at the exit of the furnace, and the difficulty of controlling the temperature of the steam overheating.

Целью изобретения являются:The aim of the invention are:

- повышение экономичности за счет снижения мехнедожога;- increase in efficiency due to the reduction of the mechanical burn;

- снижение вредных выбросов и регулирование температуры перегрева пара за счет дожигания на выходе из топки.- reduction of harmful emissions and regulation of the temperature of steam overheating due to afterburning at the outlet of the furnace.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в том, что в известном котле с камерной топкой, который имеет установленные в холодной воронке сопла нижнего дутья, и по меньшей мере один ярус тангенциально направленных к оси топки горелок, по данному изобретению предлагается топку разделить над ними на камеру дожигания и расположенную ниже камеру сгорания выполненным в виде воронки из принудительно охлаждаемых поверхностей нагрева газоплотным пережимом, а сопла нижнего дутья предлагается установить на стенах холодной воронки встречно-смещенно, причем сопла, направленные по ходу вихря, предлагается выполнить с увеличенным сечением.The technical result that provides a solution to the problem lies in the fact that in the known boiler with a chamber firebox, which has lower blast nozzles installed in a cold funnel, and at least one tier tangentially directed to the axis of the burner burner, it is proposed to divide the firebox over them to the afterburner and the lower combustion chamber made in the form of a funnel of forcedly cooled heating surfaces with a gas tight clamp, and it is proposed to install lower blast nozzles on The shadows of the cold funnel are counter-biased, and nozzles directed along the vortex are proposed to be made with an enlarged cross section.

Введение надежно работающего охлаждаемого пережима обеспечивает высокоэффективное удержание и сжигание частиц в камере сгорания, так как вихрь при входе в сужение пережима очищается центробежными силами от частиц. Этим устраняется мехнедожог с уносом и повышается экономичность котла. Кроме того, пережим может устанавливаться на нужной высоте камерной топки с выделением требуемой поверхности теплосъема и с объемом, который необходим для обеспечения низкотемпературного топочного процесса при условии полного сжигания удерживаемых частиц.The introduction of a reliably working cooled pinch provides highly efficient retention and burning of particles in the combustion chamber, since the vortex at the entrance to the pinch narrowing is cleaned of particles by centrifugal forces. This eliminates the mechanical burnout and entrainment and increases the efficiency of the boiler. In addition, the pinch can be installed at the desired height of the chamber furnace with the release of the required heat removal surface and with the volume that is necessary to ensure a low-temperature combustion process, provided that the retained particles are completely burned.

Встречно-смещенная установка сопл нижнего дутья с увеличенным сечением сопл, направленных по ходу движения вихря, не только вовлекает в активную работу холодную воронку, но и резко снижает мехнедожог с провалом, так как формирует восходящие потоки на обеих стенах холодной воронки, удерживающие провал, и это также повышает экономичность котла.The counter-biased installation of the lower blast nozzles with an enlarged section of nozzles directed in the direction of the vortex movement not only involves a cold funnel in active work, but also sharply reduces the mechanical burnout with failure, as it forms upward flows on both walls of the cold funnel that hold the failure, and it also increases the efficiency of the boiler.

Дополнительно предлагается воронку выполнить обтекаемой, образованной из изогнутых в виде восьмиугольников последовательно вписанных и вложенных труб, соединенных между собой проставками и включенных в тракты принудительной циркуляции котла. При этом за счет охлаждения обеспечивается надежная работа пережима.In addition, it is proposed that the funnel be streamlined, formed from bent in the form of octagons sequentially inscribed and nested pipes, interconnected by spacers and included in the forced circulation circuits of the boiler. At the same time, due to cooling, reliable operation of the pinch is ensured.

Дополнительно предлагается в углах камеры сгорания устанавливать направленные вниз сопла вторичного дутья, которые обеспечат сброс уловленных пережимом мелких частиц через угловые застойные зоны вниз. Это увеличивает заполнение топки и приближает работу топки к наиболее эффективному топочному процессу с циркулирующим кипящим слоем.In addition, it is proposed to install downwardly directed secondary blast nozzles in the corners of the combustion chamber, which will ensure the discharge of small particles caught by pinching through the corner stagnant zones downward. This increases the filling of the furnace and brings the operation of the furnace closer to the most efficient firing process with a circulating fluidized bed.

Дополнительное предложение установки над пережимом сопл подачи дожигающего дутья и горелок подачи высокореакционного топлива, которые ориентированы тангенциально к оси топки и направлены встречно движению вихря, позволяет дополнительно повысить экологические характеристики котла за счет эффективного дожигания выхлопа топки. Кроме того, подачей над пережимом через сопла дожигающего дутья или высокореакционного топлива через горелки обеспечивается регулируемое распространение пламени в камеру дожигания, особенно при работе камеры сгорания в режиме газификации. При этом камера дожигания обеспечивает не только более высокую нагрузку топки, но и регулирование температуры перегрева пара в котле за счет подъема факела в камере дожигания.An additional proposal to install over-pin nozzles for the supply of afterburning blast and burners for supplying highly reactive fuel, which are oriented tangentially to the axis of the furnace and are directed in the opposite direction to the vortex, can further improve the environmental performance of the boiler due to efficient afterburning of the furnace exhaust. In addition, by supplying over pinch through the nozzles of the afterburning blast or highly reactive fuel through the burners, the flame propagates into the afterburning chamber, especially when the combustion chamber is operating in gasification mode. In this case, the afterburning chamber provides not only a higher load of the furnace, but also the temperature control of the superheat of steam in the boiler due to the rise of the torch in the afterburning chamber.

Дополнительное предложение установки под холодной воронкой дожигающей колосниковой решетки позволяет обеспечить полное дожигание и охлаждение провала с дополнительным увеличением экономичности.An additional proposal for installing an afterburning grate under a cold funnel allows for complete afterburning and cooling of the failure with an additional increase in efficiency.

Особо отметим, что возможность установки пережима на любом уровне с выделением требуемой поверхности теплосьема и рабочего объема камеры сгорания в совокупности с дополнительными признаками изобретения позволяет создать широкий круг котлов для сжигания угля и углесодержащих отходов, в том числе в виде водоугольного топлива - топлива с длительным периодом сушки и воспламенения капель. Благодаря активной вихревой аэродинамике, интенсивному теплосъему и низкотемпературному режиму, изобретение также пригодно для перевода газомазутных котлов на уголь и пылеугольных котлов с жидким удалением шлака на твердое удаление шлака.We emphasize that the ability to set the pinch at any level with the selection of the required surface of the heat and the working volume of the combustion chamber, together with additional features of the invention, allows you to create a wide range of boilers for burning coal and coal-containing waste, including in the form of coal-water fuel - fuel with a long period drying and igniting drops. Due to the active vortex aerodynamics, intensive heat removal and low temperature conditions, the invention is also suitable for converting gas-oil boilers to coal and pulverized coal boilers with liquid slag removal to solid slag removal.

Сопоставительный анализ признаков заявленного устройства с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed device with the signs of the prototype and analogues indicates the conformity of the proposed technical solution to the criterion of "novelty."

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 показан продольный разрез котла и на фиг. 2 - вид камерной топки сверху.The invention is illustrated by drawings: in FIG. 1 shows a longitudinal section through the boiler, and in FIG. 2 is a top view of a chamber firebox.

Котел 1 выполнен с камерной топкой 2, образованной топочными экранами 3, имеет установленные на наклонных экранах 4 холодной воронки 5 или под ней сопла 6 и 7 нижнего дутья и тангенциально направленные к оси топки 2 основные горелки 8, расположенные ярусами. Камерная топка 2 на требуемой высоте Н разделена выполненным в виде воронки 9 пережимом на камеру 10 дожигания и расположенную ниже камеру 11 сгорания. Высота Н выбирается в ходе проектирования котла из условия обеспечения глубокого выгорания проектного топлива с учетом низкотемпературного топочного процесса. В камере 10 дожигания установлены ярусами сопла 12 подачи дожигающего дутья и горелки 13 подачи высокореакционного топлива, ориентированные тангенциально и направленные встречно движению вихря 14.The boiler 1 is made with a chamber furnace 2 formed by furnace screens 3, has lower funnel nozzles 6 and 7 mounted on inclined screens 4 of the cold funnel 5 and main burners 8 located in tiers tangentially directed to the axis of the furnace 2. The chamber furnace 2 at the required height H is divided by a pin made in the form of a funnel 9 onto the afterburning chamber 10 and the combustion chamber 11 located below. The height H is selected during the design of the boiler from the conditions for ensuring deep burnup of the project fuel, taking into account the low-temperature combustion process. In the afterburning chamber 10, tiers of the afterburning blast nozzle 12 and the highly reactive fuel supply burner 13 are installed in tiers, tangentially oriented and directed in the opposite direction to the movement of the vortex 14.

Воронка 9 пережима газоплотная. Для обеспечения надежной работы в зоне высокотемпературного воздействия топочной среды она выполняется из труб 15 поверхности нагрева, которые включаются в контуры принудительной циркуляции котла через коллекторы 16 или непосредственно подключением к трубам топочных экранов 3. Здесь, на фиг. 2, воронка 9 образована из изогнутых в виде восьмиугольников последовательно вписанных и вложенных труб 15, условно показанных штрихпунктирными линиями, соединенных между собой проставками 17 и подключенных к коллекторам 16. Формирование воронки 9 изогнутыми в виде восьмиугольников последовательно вписанных и вложенных труб 15, кроме того, обеспечивает ее обтекаемость.The pinch funnel 9 is gas tight. To ensure reliable operation in the high-temperature zone of the combustion medium, it is made of pipes 15 of the heating surface, which are included in the forced circulation circuits of the boiler through the collectors 16 or directly by connecting to the pipes of the furnace screens 3. Here, in FIG. 2, the funnel 9 is formed from bent in the form of octagons of sequentially inscribed and nested pipes 15, conventionally shown by dash-dotted lines, interconnected by spacers 17 and connected to the collectors 16. The formation of the funnel 9 is curved in the form of octagons of sequentially inscribed and nested pipes 15, in addition, provides its streamlining.

В углах камеры 11 сгорания через свободные треугольные зоны между воронкой 9 и экранами 3 установлены направленные вниз сопла 18 вторичного дутья. Под холодной воронкой расположена дожигающая колосниковая решетка 19. Кроме того, сопла 7, направленные по ходу вихря, выполнены с увеличенным сечением.In the corners of the combustion chamber 11 through the free triangular zones between the funnel 9 and the screens 3 are installed downward directed nozzles 18 of the secondary blast. Under the cold funnel, the afterburning grate 19 is located. In addition, the nozzles 7, directed along the vortex, are made with an enlarged section.

Предлагаемый котел с камерной топкой работает следующим образом.The proposed boiler with a chamber furnace operates as follows.

Расчетное топливо сжигается в камерной топке 2 котла 1 с высокоэффективной передачей выделяющегося при этом тепла к технически чистым топочным экранам 3 и 4, работающим в условиях активной вихревой аэродинамики с обеспечением низкотемпературного режима топочного процесса.The estimated fuel is burned in the chamber furnace 2 of boiler 1 with a highly efficient transfer of the heat generated in this case to technically clean furnace screens 3 and 4, operating in conditions of active vortex aerodynamics with a low-temperature regime of the furnace process.

Основной топочный процесс осуществляется в камере 11 сгорания и в объеме холодной воронки 5 под устанавливаемой на высоте Н воронкой 9 пережима, где через тангенциально направленные основные горелки 8, расположенные ярусами, вводится и сгорает в поднимающемся вихре 14 топливовоздушная смесь. При горении частицы топлива удерживаются от уноса воронкой 9 пережима за счет очистки вихря центробежными силами при его выходе в сужение, они дожигаются и возвращаются по застойным угловым зонам направленными вниз струями вторичного дутья, поступающего из сопл 18. С другой стороны, частицы удерживаются в вихре от провала вниз по стенкам камеры 11 сгорания за счет восходящих по экранам 4 потоков нижнего дутья из сопл 6 и 7. При этом встречно-смещенная установка сопл 6 и 7 обеспечивает взаимное проникновение струй с их последующим раскрытием на экранах 4, а выполнение сопл 7, направленных по ходу вихря, с увеличенным сечением обеспечивает дополнительную подкрутку вихря 14.The main combustion process is carried out in the combustion chamber 11 and in the volume of the cold funnel 5 under the pinch funnel 9 installed at a height H, where the air-fuel mixture is introduced and burned through the tangentially directed main burners 8, arranged in tiers. During combustion, the fuel particles are kept from being carried away by the funnel 9 of the pinch by cleaning the vortex by centrifugal forces when it becomes narrowed, they are burned and returned along stagnant angular zones with downward-directed jets of secondary blast coming from nozzles 18. On the other hand, the particles are kept in a vortex from the failure down the walls of the combustion chamber 11 due to ascending flows of the lower blast from the nozzles 6 and 7 on the screens 4. In this case, the counter-biased installation of the nozzles 6 and 7 ensures mutual penetration of the jets with their subsequent opening on screens 4, and the implementation of nozzles 7, directed along the vortex, with an enlarged cross-section provides an additional twist of the vortex 14.

Благодаря хорошему удержанию частиц, котел 1 может использовать топливо укрупненного помола и даже дробленное с дополнительным дожиганием провала на колосниковой решетке 19 под холодной воронкой 5.Due to the good particle retention, the boiler 1 can use coarse grinding fuel and even crushed with additional afterburning of the dip on the grate 19 under the cold funnel 5.

Таким образом, двухстороннее удержание частиц устраняет мехнедожог с уносом и провалом и этим повышает экономичность котла.Thus, two-way particle retention eliminates the mechanical burnout with entrainment and failure, and this increases the efficiency of the boiler.

Работоспособность котла 1 обеспечивается охлаждением газоплотного пережима, выполненного в виде воронки 9, за счет принудительной подачи теплоносителя из контура циркуляции котла 1 через коллекторы 16 по трубам 15, которые соединены между собой проставками 17.The efficiency of the boiler 1 is ensured by cooling the gas tight clamp made in the form of a funnel 9 due to the forced supply of the heat carrier from the circulation circuit of the boiler 1 through the collectors 16 through pipes 15, which are interconnected by spacers 17.

Вихрь продуктов горения и мелкий унос из камеры 11 сгорания поступает далее в камеру 10 дожигания и дожигается во встречных потоках, поступающих из сопл 12 дожигающего дутья и из горелок 13 высокореакционного топлива, которые ориентированы тангенциально, но направлены встречно вихрю 14. За счет ступенчатой схемы сжигания это дополнительно повышает экологические характеристики котла. При этом легко обеспечивается управляемое распространение пламени в камеру 10 дожигания, особенно при работе камеры 11 сгорания в режиме газификации, и обеспечивается регулирование температуры перегрева пара и нагрузки котла.The vortex of combustion products and small entrainment from the combustion chamber 11 goes further into the afterburning chamber 10 and is burned in oncoming flows from the nozzles 12 of the afterburning blast and from the burners 13 of highly reactive fuel, which are oriented tangentially, but are directed counter-to the vortex 14. Due to the stepwise combustion scheme this further enhances the environmental performance of the boiler. In this case, the controlled propagation of the flame into the afterburner 10 is easily ensured, especially when the combustion chamber 11 is in gasification mode, and the temperature of the superheat of the steam and the load of the boiler are regulated.

Предлагаемое изобретение может использоваться в газомазутных котлах для замены дорогостоящего топлива на уголь и углесодержащие отходы, подаваемые в виде ВУТ, а также в пылеугольных котлах с заменой жидкого удаления шлака на его удаление в твердом виде. При этом в котлах устанавливается холодная воронка 5 с соплами нижнего дутья 6 и 7 и воронка 9 пережима.The present invention can be used in gas-oil boilers to replace expensive fuels with coal and coal-containing waste fed in the form of HLF, as well as in pulverized coal boilers with the replacement of liquid slag removal to its solid removal. At the same time, a cold funnel 5 with lower blast nozzles 6 and 7 and a pinch funnel 9 are installed in the boilers.

Claims

1. A boiler with a chamber furnace, which has lower blast nozzles installed counter-offset on the walls of the cold funnel and located at least one tier tangentially directed to the axis of the burner furnace, characterized in that the furnace above them is divided into the afterburner and located below combustion chamber with a gas tight clamp, which is made in the form of a funnel, drawn from sequentially inscribed and nested pipes bent in the form of octagons, interconnected by spacers and forced into the ducts circulation boiler.

2. A boiler with a chamber furnace according to claim 1, characterized in that downstream nozzles of the secondary blasting are installed in the corners of the combustion chamber.

3. A boiler with a chamber furnace according to claim 1, characterized in that over the pinch there are nozzles for supplying the afterburning blast oriented tangentially to the axis of the furnace and directed in the opposite direction to the vortex movement.

4. A boiler with a chamber furnace according to claim 1, characterized in that burners for supplying highly reactive fuel are installed above the pinch, oriented tangentially to the axis of the furnace.

5. A boiler with a chamber furnace according to claim 1, characterized in that a post-combustion grate is located under the cold funnel.