RU2738537C1

RU2738537C1 - Furnace with inclined-pushing grate for burning wood wastes

Info

Publication number: RU2738537C1
Application number: RU2020124644A
Authority: RU
Inventors: Виктор Константинович Любов
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2020-12-14

Abstract

FIELD: devices for incineration of wastes.

SUBSTANCE: invention relates to devices for burning wastes from treatment and processing of woody biomass and can be used in heat engineering. Furnace with inclined-pushing grate comprises combustion chamber separated by arch vault, equipped with fuel feed devices, devices for primary air input by air for grate and secondary air into superlayer volume through horizontal nozzles located on side walls in one inclined plane above second and third zones of grate, and afterburning and cooling chamber connected to combustion chamber by outlet opening, secondary air supply nozzles are located on opposite walls with displacement by half-step relative to nozzles of opposite wall. Outlet opening is located above third zone of inclined-pushing grate and is equipped with collar directed downwards of furnace, under which horizontally opposite-installed two nozzles for inlet of tertiary air, in afterburning and cooling chamber behind outlet opening, in direction of combustion products movement, additional tangential nozzles for tertiary air inlet are installed tangentially in two parallel planes. Under the grate, on the side opposite to the primary air supply, on the side opposite to the primary air supply, recirculation gases are introduced, which are taken from the gas duct after the main smoke exhauster, into the combustion chamber, above the first grate zone, recirculation gases are introduced through horizontally located nozzles on side walls. Note here that nozzles on side wall are installed with offset by half-step relative to nozzles of opposite wall.

EFFECT: invention allows reducing heat losses with outgoing gases, increasing fuel combustion completeness and service life of grate and burnishing of furnace.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания отходов обработки и переработки древесной биомассы и может найти применение в теплоэнергетике.The invention relates to a device for the incineration of waste processing and processing of wood biomass and can be used in thermal power engineering.

Известны топки с наклонно-переталкивающими решетками, в которых топливо из бункера поступает на колосниковую решетку, которая образована из чередующихся рядов подвижных и неподвижных колосников, расположенных ступенями. Угол наклона колосниковой решетки меньше угла естественного откоса сжигаемого топлива и перемещение топлива по решетке происходит за счет возвратно-поступательного движения подвижных колосников, при этом происходит шуровка слоя. Подача воздуха под колосниковую решетку осуществляется позонно. [Стырикович М.А., Катковская К.Я., Серов Е.П. Котельные агрегаты. М.-Л. Госэнергоиздат, 1959, с. 78].Known furnaces with oblique-pushing grates, in which fuel from the bunker enters the grate, which is formed from alternating rows of movable and stationary grates, arranged in steps. The angle of inclination of the grate is less than the angle of natural slope of the burnt fuel, and the movement of fuel along the grate occurs due to the reciprocating motion of the movable grate, while the layer is skewed. Air supply under the grate is carried out by zones. [Styrikovich M.A., Katkovskaya K.Ya., Serov E.P. Boiler units. M.-L. Gosenergoizdat, 1959, p. 78].

Для уменьшения потерь тепла с химической неполнотой сгорания в топках с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками стали использовать сопла острого дутья, установленные на фронтовой и задней стенах, что позволило несколько снизить величину данной потери до 2,5-3 %. [Думер А.Б. Механизмы топочных устройств. М.-Л. Госэнергоиздат, 1963, с. 92-93].To reduce heat losses with chemical incompleteness of combustion in furnaces with obliquely pushing grates, they began to use sharp blast nozzles installed on the front and rear walls, which made it possible to somewhat reduce the value of this loss to 2.5-3%. [Dumer A.B. Furnace mechanisms. M.-L. Gosenergoizdat, 1963, p. 92-93].

Известны топки с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками для сжигания древесных отходов с умеренной влажностью (до 45-50%), в которых отходы подаются на колосниковую решетку шнековыми питателями, первичный воздух подается под решетку позонно (три зоны), а вторичный воздух вводится в топочный объем над второй и третьей зонами колосниковой решетки со стороны боковых стен с помощью горизонтальных стороны боковых стенкой с помощью стенах полнотой сгорания топлива в топках с цилиндрических сопл, расположенных встречно в одной вертикальной плоскости. Количество сопл вторичного дутья, определяется длиной колосниковой решетки и соответственно тепловой мощностью топки. Высокотемпературные продукты сгорания в надслоевой области камеры сгорания двигаются к первой зоне колосниковой решетки, интенсифицируя термическую подготовку свежего топлива к воспламенению, и через выходное окно прямоугольного сечения, расположенное в своде арочного типа, над конечным участком первой зоны решетки, направляются в камеру дожигания и охлаждения, в которой завершается процесс горения и происходит охлаждение дымовых газов перед их поступлением в газоводяной теплообменник. [Любов В.К., Любова Н.В. Сжигание биотоплив в котлах «Danstoker» // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы международной научно-технической конференции. Вологда: РИО ВоГТУ, 2009 с. 105-107]. Данное топочное устройство принято нами за прототип.Known furnaces with obliquely pushing grates for burning wood waste with moderate moisture content (up to 45-50%), in which waste is fed to the grate by screw feeders, primary air is supplied under the grate by zone (three zones), and secondary air is introduced into the furnace the volume above the second and third zones of the grate from the side of the side walls with the help of the horizontal sides of the side walls with the help of the walls complete combustion of fuel in the furnaces from cylindrical nozzles located opposite in the same vertical plane. The number of secondary blast nozzles is determined by the length of the grate and, accordingly, by the heat output of the furnace. High-temperature combustion products in the above-layer region of the combustion chamber move to the first zone of the grate, intensifying the thermal preparation of fresh fuel for ignition, and through the exit window of rectangular cross-section located in the arch-type roof above the end section of the first zone of the grate, they are directed to the afterburning and cooling chamber, in which the combustion process is completed and the flue gases are cooled before they enter the gas-water heat exchanger. [Lyubov V.K., Lyubova N.V. Combustion of biofuels in boilers "Danstoker" // Actual problems of the forestry complex development: Materials of the international scientific and technical conference. Vologda: RIO VoGTU, 2009 p. 105-107]. We have taken this combustion device as a prototype.

Однако данные топки очень чувствительны к гранулометрическому составу сжигаемого топлива и изменению его теплотехнических характеристик. При увеличении в составе сжигаемого топлива мелких фракций, снижении его влажности или скорости движения по колосниковой решетке зона воспламенения перемещается в направлении фронтовой стены топки. Раннее воспламенение топлива, сопровождающееся интенсивным выделением летучих веществ, при отсутствии подачи в данную область вторичного воздуха, вызывает значительный рост потерь теплоты с химическим недожогом топлива и снижение эффективности и надежности работы топки и котла в целом. However, these furnaces are very sensitive to the particle size distribution of the combusted fuel and changes in its thermal characteristics. With an increase in the composition of the burned fuel of fine fractions, a decrease in its moisture content or the speed of movement along the grate, the ignition zone moves in the direction of the front wall of the furnace. Early ignition of the fuel, accompanied by intense release of volatile substances, in the absence of secondary air supply to this area, causes a significant increase in heat loss with chemical underburning of the fuel and a decrease in the efficiency and reliability of the furnace and the boiler as a whole.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокоэффективного низкоэмиссионного топочного устройства для сжигания древесного топлива крайне неоднородного гранулометрического состава (с размером частиц, отличающимся в тысячи раз) с относительной влажностью на рабочую массу до 50-57%.The problem to be solved by the invention is to create a highly efficient low-emission combustion device for burning wood fuel of an extremely heterogeneous particle size distribution (with a particle size that differs by a factor of thousands) with a relative humidity of up to 50-57% per working mass.

Это достигается тем, что у топки с наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой, содержащей разделенные арочным сводом камеру сгорания, снабженную устройствами подачи топлива, устройствами позонного ввода первичного воздуха под колосниковую решетку и вторичного воздуха в надслоевой объем через горизонтальные сопла, расположенные на боковых стенах в одной наклонной плоскости над второй и третьей зонами колосниковой решетки, и камеру дожигания и охлаждения, соединенную с камерой сгорания выходным окном, сопла подачи вторичного воздуха, расположены на противоположных стенках со смещением на полшага относительно сопл противоположной стенки, выходное окно расположено над третьей зоной наклонно-переталкивающей колосниковой решетки и оборудовано буртиком, направленным вниз топки, под которым горизонтально встречно-смещенно установлены два сопла для ввода третичного воздуха, в камере дожигания и охлаждения за выходным окном, по ходу движения продуктов сгорания установлены тангенциально в двух параллельных плоскостях дополнительные сопла для ввода третичного воздуха, под колосниковую решетку позонно со стороны, противоположной подаче первичного воздуха, вводятся газы рециркуляции, забираемые из газохода после основного дымососа, в камеру сгорания, над первой зоной колосниковой решетки, через горизонтально расположенные на боковых стенах сопла, вводятся газы рециркуляции, при этом сопла на боковой стене установлены со смещением на полшага относительно сопл противоположной стенки. This is achieved by the fact that in a furnace with an inclined-pushing grate, containing a combustion chamber separated by an arched vault, equipped with fuel supply devices, devices for introducing primary air under the grate and secondary air into the above-layer volume through horizontal nozzles located on the side walls in one an inclined plane above the second and third zones of the grate, and the afterburner and cooling chamber connected to the combustion chamber by an outlet window, nozzles for supplying secondary air are located on opposite walls with a half-step offset relative to the nozzles of the opposite wall, the outlet window is located above the third zone of oblique-pushing grate and is equipped with a collar directed downward of the furnace, under which two nozzles for entering tertiary air are horizontally oppositely displaced, in the afterburner and cooling chamber outside the outlet window, in the direction of the combustion products are installed tangentially in two x parallel planes additional nozzles for introducing tertiary air, under the grate, in zones from the side opposite to the primary air supply, recirculation gases are introduced, taken from the flue after the main exhaust fan, into the combustion chamber, above the first zone of the grate, through nozzles horizontally located on the side walls , recirculation gases are introduced, while the nozzles on the side wall are installed with a half-step offset relative to the nozzles on the opposite wall.

На фиг. 1 изображена предлагаемая топка, продольный разрез; на фиг. 2 - поперечный разрез А-А фиг.1, на фиг. 3 - местный горизонтальный разрез Б-Б фиг.1, на фиг. 4 - местный горизонтальный разрез В-В фиг.1.FIG. 1 shows the proposed firebox, longitudinal section; in fig. 2 is a cross-section a-a of FIG. 1; FIG. 3 is a local horizontal section B-B of Fig. 1; Fig. 4 is a local horizontal section B-B of Fig. 1.

Топка с наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой содержит камеры сгорания 1 и дожигания и охлаждения 2, разделенные арочным сводом 3, выполненным из огнеупорных материалов, над третьей зоной наклонно-переталкивающей решетки 4 в своде 3 выполнено выходное окно 5, оборудованное буртиком 6, направленным вниз топки, под которым горизонтально встречно-смещенно установлены два сопла 7 для ввода третичного воздуха, а в камере дожигания и охлаждения 2 за выходным окном 5 установлены тангенциально в двух параллельных плоскостях дополнительные сопла 8 для ввода третичного воздуха. На фронтовой стене топки установлены питатели топлива 9, а на боковых стенах над первой зоной наклонно-переталкивающей колосниковой решетки 4 горизонтально расположены сопла 10 для ввода газов рециркуляции, а над второй и третьей зонами колосниковой решетки сопла подачи вторичного воздуха 11, при этом сопла ввода газов рециркуляции 10 и вторичного воздуха 11, расположены со смещением на полшага относительно сопл противоположной стенки. Подача вторичного воздуха к соплам осуществляется с помощью воздуховодов 12, третичного воздуха с помощью воздуховодов 13 и газов рециркуляции с помощью газоховодов 14, проложенных вдоль боковых стен камеры сгорания 1. Шнековый транспортер 15, ось которого перпендикулярна продольной оси топки, расположен в конце наклонно-переталкивающей колосниковой решетки 4. Первичный воздух под колосниковую решетку с помощью коробов 16 подается позонно, при этом с противоположной стороны топки позонно под решетку подаются газы рециркуляции, отбор которых осуществляется из газохода после основного дымососа с помощью дымососа рециркуляции.The furnace with an inclined push grate contains combustion chambers 1 and afterburning and cooling 2, separated by an arched vault 3 made of refractory materials, above the third zone of an inclined push grate 4 in the vault 3 there is an outlet window 5 equipped with a collar 6 directed down the furnace , under which two nozzles 7 are installed horizontally oppositely displaced for introducing tertiary air, and in the afterburning and cooling chamber 2 behind the outlet window 5 additional nozzles 8 are installed tangentially in two parallel planes for introducing tertiary air. On the front wall of the furnace, fuel feeders 9 are installed, and on the side walls above the first zone of the inclined-pushing grate 4, nozzles 10 are horizontally located for introducing recirculation gases, and above the second and third zones of the grate there are nozzles for supplying secondary air 11, while the nozzles for introducing gases recirculation 10 and secondary air 11 are displaced by half a step relative to the nozzles of the opposite wall. Secondary air is supplied to the nozzles using air ducts 12, tertiary air using air ducts 13 and recirculation gases using gas ducts 14 laid along the side walls of the combustion chamber 1. The screw conveyor 15, the axis of which is perpendicular to the longitudinal axis of the furnace, is located at the end of the oblique-pushing grate 4. Primary air is supplied under the grate by means of ducts 16 by zones, while recirculation gases are supplied from the opposite side of the furnace zone by zone under the grate, the selection of which is carried out from the flue after the main exhaust fan using a recirculation exhaust fan.

Работа топки с наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой для сжигания древесных отходов осуществляется следующим образом.The work of a furnace with an inclined push grate for burning wood waste is carried out as follows.

Полифракционные древесные отходы из бункеров питателями 9 подаются на наклонно-переталкивающую колосниковую решетку 4 на участке первой зоны которой, происходит термическая подготовка и воспламенение древесного топлива, во второй и третьей зонах происходит, соответственно, активное горение и догорание горючих компонент топлива, первичный воздух под колосниковую решетку с помощью коробов 16 подается позонно, в количестве меньшем чем теоретически необходимо для сгорания топлива. Для исключения локального пережога колосников и выгорания обмуровки, со стороны противоположной вводу первичного воздуха, под колосниковую решетку позонно подается часть газов рециркуляции, отбор которых осуществляется из газохода после основного дымососа с помощью индивидуального дымососа рециркуляции. Другая часть газов рециркуляции вводится в камеру сгорания над первой зоной наклонно-переталкивающей колосниковой решетки 4 через горизонтально расположенные сопла 10, выполненные на боковых стенах со смещением на полшага относительно сопл противоположной стенки. Ввод газов рециркуляции, температура которых в несколько раз больше температуры подаваемого воздуха, интенсифицирует термическую подготовку древесных отходов к воспламенению, снижает эмиссию оксидов азота и расширяет возможности топки по влажности сжигаемого топлива. Соотношение между первичным и вторичным воздухом определяется теплофизическими характеристиками сжигаемого топлива, с ростом влажности топлива доля первичного воздуха увеличивается, а доля газов рециркуляции под колосниковую решетку уменьшается. Продукты неполного горения, выходящие из слоя топлива, попадают в вихревые потоки, образующийся при взаимодействии встречно-смещенных струй газов рециркуляции, выходящих из сопл 10 над первой зоной, и вторичного воздуха, выходящих из сопл 11 над второй и третьей зонами колосниковой решетки. Вихревые потоки горячих топочных газов оказывают воздействие и на слой топлива, расположенный на колосниковой решетке 4, повышая равномерность распределения топлива по ее ширине и увеличивая жизненный цикл колосниковой решетки. Движение вихревых газовых потоков от фронтовой к задней стене топки позволяет исключить возможность транзитного выноса невыгоревших газообразных горючих компонент топлива из камеры сгорания, что могло иметь место при расположении выходного окна 5 над первой зоной наклонно-переталкивающей решетки 4. В области выходного окна 5, расположенного в арочном своде 3 над третьей зоной колосниковой решетки 4 и оборудованного буртиком 6, производится дополнительная закрутка газового потока при вводе струй третичного воздуха через горизонтальные встречно-смещенные сопла 7. Данный вихревой поток обеспечивает надежное выгорание горючих компонент, поступающих из слоя топлива, а также, в комплексе с буртиком 6 выходного окна 5 уменьшает вынос твердой фазы из камеры сгорания 1 в камеру дожигания и охлаждения 2, увеличивая компанию котла по условиям чистки. Дополнительная закрутка и турбулизация газового потока в камере дожигания и охлаждения 2, осуществляемая с помощью тангенциально установленных в двух параллельных плоскостях дополнительных сопл третичного воздуха 8, интенсифицирует теплообмен в камере дожигания и охлаждения 2, создает условия для минимизации химического недожога и образования оксидов азота и улучшает условия работы газоводяного теплообменника. Удаление очаговых остатков из камеры сгорания 1 в процессе эксплуатации котла производится с помощью шнекового транспортера 15.Polyfractional wood waste from the bunkers by feeders 9 is fed to the inclined pushing grate 4 in the section of the first zone of which thermal preparation and ignition of wood fuel occurs, in the second and third zones, respectively, active combustion and afterburning of the combustible components of the fuel occurs, primary air under the grate the grate with the help of boxes 16 is supplied by space, in an amount less than theoretically required for fuel combustion. To exclude local burnout of the grate and burnout of the lining, from the side opposite to the primary air inlet, part of the recirculation gases are supplied under the grate zone by zone, the selection of which is carried out from the flue after the main exhaust fan using an individual recirculation exhaust fan. Another part of the recirculation gases is introduced into the combustion chamber above the first zone of the inclined-pushing grate 4 through horizontally located nozzles 10 made on the side walls with a half-step offset relative to the nozzles of the opposite wall. The introduction of recirculation gases, the temperature of which is several times higher than the temperature of the supplied air, intensifies the thermal preparation of wood waste for ignition, reduces the emission of nitrogen oxides and expands the capabilities of the furnace in terms of the moisture content of the combusted fuel. The ratio between primary and secondary air is determined by the thermophysical characteristics of the combusted fuel, with an increase in fuel moisture, the proportion of primary air increases, and the proportion of recirculation gases under the grate decreases. The products of incomplete combustion leaving the fuel layer enter the vortex flows formed by the interaction of counter-displaced jets of recirculation gases coming out of the nozzles 10 above the first zone and secondary air exiting the nozzles 11 above the second and third zones of the grate. The vortex flows of hot flue gases also affect the fuel layer located on the grate 4, increasing the uniformity of fuel distribution along its width and increasing the life cycle of the grate. The movement of vortex gas flows from the front to the rear wall of the furnace makes it possible to exclude the possibility of transit removal of unburned gaseous combustible components of the fuel from the combustion chamber, which could take place when the outlet window 5 was located above the first zone of the inclined push grating 4. In the area of the outlet window 5 located in arched vault 3 above the third zone of the grate 4 and equipped with a collar 6, additional swirling of the gas flow is performed when jets of tertiary air are introduced through horizontal counter-displaced nozzles 7. This vortex flow ensures reliable burnout of combustible components coming from the fuel layer, as well as in combination with the collar 6 of the outlet window 5 reduces the removal of the solid phase from the combustion chamber 1 into the afterburner and cooling chamber 2, increasing the boiler company in terms of cleaning. Additional swirling and turbulization of the gas flow in the afterburner and cooling chamber 2, carried out using additional tertiary air nozzles 8 tangentially installed in two parallel planes, intensifies heat transfer in the afterburner and cooling chamber 2, creates conditions for minimizing chemical underburning and the formation of nitrogen oxides and improves conditions operation of the gas-water heat exchanger. Removal of focal residues from the combustion chamber 1 during the operation of the boiler is carried out using a screw conveyor 15.

Исследования показали, что данная топка позволяет обеспечить эффективное сжигание древесного топлива крайне неоднородного гранулометрического состава (с размером частиц, отличающимся в тысячи раз), повысить КПД брутто котла не менее чем на 1,5-2,0% за счет уменьшения потерь тепла с уходящими газами и с химической неполнотой сгорания топлива, обеспечить возможность работы при сверхмалых избытках воздуха на выходе из топки (α_т = 1,15), снизить эмиссии оксидов азота ~ 20 % и оксида углерода на 30-50%, а также продлить жизненный цикл наклонно-переталкивающей колосниковой решетки и обмуровки топки.Studies have shown that this furnace allows for efficient combustion of wood fuel of an extremely inhomogeneous particle size distribution (with a particle size that differs by a factor of thousands), increase the boiler gross efficiency by at least 1.5-2.0% by reducing heat losses with waste gases and with chemical incompleteness of fuel combustion, ensure the ability to work with ultra-low excess air at the outlet from the furnace (α _t = 1.15), reduce emissions of nitrogen oxides ~ 20% and carbon monoxide by 30-50%, as well as extend the life cycle obliquely - pushing grate and firebox lining.

Claims

A furnace with an inclined-pushing grate, containing a combustion chamber separated by an arched vault, equipped with fuel supply devices, devices for introducing primary air under the grate and secondary air into the supra-layer volume through horizontal nozzles located on the side walls in one inclined plane above the second and third zones of the grate, and an afterburner and cooling chamber connected to the combustion chamber by an outlet window, characterized in that the secondary air supply nozzles are located on opposite walls with a half-step offset relative to the nozzles of the opposite wall, the outlet window is located above the third zone of the inclined push grate and equipped with a collar directed downward of the furnace, under which two nozzles for entering tertiary air are horizontally oppositely displaced, in the afterburner and cooling chamber outside the outlet window, in the direction of the combustion products, are installed tangentially in two pa parallel planes additional nozzles for introducing tertiary air, under the grate, in zones from the side opposite to the primary air supply, recirculation gases are introduced, taken from the flue after the main exhaust fan, into the combustion chamber, above the first zone of the grate, through nozzles horizontally located on the side walls, recirculation gases are introduced, while the nozzles on the side wall are installed with a half-step offset relative to the nozzles on the opposite wall.