RU49951U1

RU49951U1 - HEATER

Info

Publication number: RU49951U1
Application number: RU2005108003/22U
Authority: RU
Inventors: И.В. Обухов
Original assignee: Обухов Игорь Валентинович
Priority date: 2005-03-21
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2005-12-10

Abstract

Полезная модель может быть использована в котлах оборудованных колосниковыми решетками, при полидисперсном составе топлива. Задача: устранение шлакования топки и увеличение экономичности сжигания полидисперсного дробленого твердого топлива. Сущность: топка, содержащая узел подачи топлива, колосниковую решетку с подводом первичного воздуха, сопла вторичного воздуха, расположенные на фронтовой и задней стенках, отличается тем, что нижняя часть топочной камеры выполнена с наклонными стенками с наклоном стенок большим угла естественного откоса шлаковых частиц и меньшим 80°, с увеличением поперечного сечения по высоте, при этом, стенки нижней части топочной камеры выполнены охлаждаемыми. Кроме того, стенки нижней части топочной камеры снабжены теплоотводящими экранами.The utility model can be used in boilers equipped with grate, with a polydisperse composition of the fuel. Objective: elimination of slagging of the furnace and increase the efficiency of burning polydisperse crushed solid fuel. Essence: a furnace containing a fuel supply unit, a grate with a primary air supply, secondary air nozzles located on the front and rear walls, characterized in that the lower part of the furnace chamber is made with inclined walls with a wall inclination greater than the slope of the slope and less 80 °, with an increase in the cross section in height, while the walls of the lower part of the combustion chamber are made cooled. In addition, the walls of the lower part of the combustion chamber are equipped with heat-removing screens.

Description

Полезная модель относится к устройствам для сжигания твердого топлива и может быть использована в котлах оборудованных колосниковыми решетками, при полидисперсном составе топлива.The utility model relates to devices for burning solid fuel and can be used in boilers equipped with grates, with a polydisperse composition of the fuel.

Известна топка содержащая топочную камеру прямоугольной формы наклонную (под углом 10-15° к горизонту) подвижную колосниковую решетку, с шириной меньшей (в 2-5 раз) ширины топки, воздуховоды для подачи первичного воздуха под колосниковую решетку, сопла вторичного воздуха размещенные на боковых стенках топки, ориентированные встречно. Процесс сжигания организуется путем псевдоожижения топливно-золовой массы над решеткой, при подаче через последнюю первичного воздуха в количестве ~50 % от теоретически необходимого, со скоростью превышающей скорость витания частиц. Наполнителем кипящего слоя служит зола, содержащаяся в топливе (см. Баскаков А.П, Мацнев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем. М.: Энергоатомиздат, 1996. - 350 с.).A known furnace containing a rectangular combustion chamber with an inclined (at an angle of 10-15 ° to the horizontal) movable grate, with a width less than (2-5 times) the width of the furnace, ducts for supplying primary air under the grate, secondary air nozzles are located on the side the walls of the furnace, oriented in the opposite direction. The combustion process is organized by fluidizing the fuel-ash mass above the grate, with the supply of primary air through the latter in an amount of ~ 50% of theoretically necessary, at a speed exceeding the speed of particles. The filler of the fluidized bed is the ash contained in the fuel (see Baskakov A.P., Matsnev V.V., Raspopov I.V. Boilers and furnaces with a fluidized bed. M .: Energoatomizdat, 1996. - 350 p.).

Топка котла прямоугольная, при работе в пазухах между решеткой и боковыми стенами топки образуются откосы, состоящие из шлака, золы и недогоревшего угля. Резкое падение скорости газов при расширении потока в объеме топочной камеры приводит к тому, что основная часть топлива сепарируется из газового потока вниз и выгорает в относительно небольшом объеме кипящего слоя непосредственно над воздухораспределительной решеткой. Вследствие концентрации горения в небольшом объеме, при отсутствии теплоотвода, в этой зоне развиваются высокие температуры газов, что приводит к расплавлению частиц золы с последующим их слипанием и выпадением образующихся агломератов на решетку. Для ликвидации шлакования предлагается ограничивать подачу первичного воздуха под решетку величиной не более 65% от теоретически необходимого количества (см., упомянутую книгу - The boiler furnace is rectangular, when working in the sinuses between the grate and the side walls of the furnace, slopes are formed consisting of slag, ash and unburned coal. A sharp drop in gas velocity during expansion of the flow in the volume of the combustion chamber leads to the fact that the main part of the fuel is separated from the gas stream down and burns out in a relatively small volume of the fluidized bed directly above the air distribution grill. Due to the concentration of combustion in a small volume, in the absence of heat removal, high gas temperatures develop in this zone, which leads to the melting of ash particles with their subsequent coalescence and precipitation of the resulting agglomerates on the grate. To eliminate slagging, it is proposed to limit the supply of primary air under the grate to no more than 65% of the theoretically necessary amount (see, the mentioned book -

Баскаков А.П, Мацнев В.В., Распопов И.В., стр.264). Однако, при такой организации воздушного режима вследствие недостатка окислителя, подаваемого под решетку, над слоем образуется восстановительная среда с наличием СО, H₂S и других продуктов неполного сжигания. Это приводит к возникновению высокотемпературной газовой коррозии экранных поверхностей нагрева, размещенных в топке (см. Методические указания по проектированию топочных устройств энергетических котлов. Под ред. Э.Х.Вербовецкого, Н.Г.Жмерика. СПб.: АООТ ЦКТИ, 1996, с.82-83).Baskakov A.P., Matsnev V.V., Raspopov I.V., p. 264). However, with such an organization of the air regime due to the lack of oxidizing agent supplied under the grate, a reducing medium is formed above the layer with CO, H ₂ S, and other products of incomplete combustion. This leads to the occurrence of high-temperature gas corrosion of the heating screen surfaces placed in the furnace (see. Guidelines for the design of furnace devices of power boilers. Edited by E.Kh. Verbovetsky, N.G. Zhmerika. St. Petersburg: AOOT CKTI, 1996, p. .82-83).

На решетку также выпадают наиболее крупные частицы топлива, имеющие скорость витания больше скорости газов, эти частицы выгорают в слоевом режиме. Так как, для эвакуации образующегося шлака, во избежание перекрытия решетки, поддерживается высокая скорость движения колосникового полотна (в пределах 40-50 м/ч) недожог крупных частиц топлива может быть значителен.The largest fuel particles that have a soaring speed greater than the gas velocity also fall onto the grate; these particles burn out in a layer mode. Since, in order to evacuate the resulting slag, in order to avoid overlapping the grate, a high speed of the grate blade (within 40-50 m / h) is maintained, the burning of large fuel particles can be significant.

Известна также топка, содержащая узел подачи топлива, колосниковую решетку с подводом первичного воздуха, сопла вторичного воздуха, расположенные на фронтовой и задней стенках (см. Патент РФ 2202068).Also known is a firebox containing a fuel supply unit, a grate with a primary air supply, secondary air nozzles located on the front and rear walls (see RF Patent 2202068).

Однако данное решение не устраняет шлакование топки и не решает проблему полноты сжигания полидисперсного дробленого твердого топлива.However, this solution does not eliminate the slagging of the furnace and does not solve the problem of the completeness of combustion of polydisperse crushed solid fuel.

Решаемая техническая задача - устранение шлакования топки и увеличение экономичности сжигания полидисперсного дробленого твердого топлива.The technical task to be solved is the elimination of slagging of the furnace and the increase in the efficiency of burning polydisperse crushed solid fuel.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи выражается в формировании по высоте топки нескольких зон горения, в каждой из которых сжигается топливо с соответствующей крупностью частиц, при этом в каждой из зон горения кислородный баланс оптимален (с позиции минимизации выхода агрессивных окислов), кроме того, снижается тепловая нагрузка на нижнюю часть топки (за счет уменьшения доли топлива сжигаемого непосредственно здесь), что в комплексе с мероприятиями The technical result obtained by solving the problem is expressed in the formation of several combustion zones according to the height of the furnace, in each of which fuel with an appropriate particle size is burned, while in each of the combustion zones the oxygen balance is optimal (from the position of minimizing the yield of aggressive oxides), in addition , the thermal load on the lower part of the furnace is reduced (due to a decrease in the proportion of fuel burned directly here), which in combination with measures

по дополнительному отводу тепла из этой зоны (особенно, в случае сжигания топлива с высокой теплотворной способностью) исключает шлакование топки и при существенно меньших скоростях движения колосниковой решетки. Тем самым обеспечивается продолжительность участия частиц топлива лежащих на решетке, в процессе горения и, соответственно, полнота их выгорания.additional heat removal from this zone (especially in the case of burning fuel with high calorific value) eliminates furnace slagging at significantly lower speeds of the grate. This ensures the duration of participation of the fuel particles lying on the grate in the combustion process and, accordingly, the completeness of their burnout.

Как следствие этого, повышается эффективность теплообмена в топочной камере, увеличивается КПД сгорания топлива за счет снижения химического и механического недожога, улучшаются экологические показатели за счет уменьшения выбросов топливной пыли, окислов азота и углерода в атмосферу.As a result of this, the heat exchange efficiency in the combustion chamber is increased, the efficiency of fuel combustion increases due to a decrease in chemical and mechanical underburning, environmental indicators are improved due to the reduction of emissions of fuel dust, nitrogen oxides and carbon in the atmosphere.

Поставленная задача решается тем, что топка, содержащая узел подачи топлива, колосниковую решетку с подводом первичного воздуха, сопла вторичного воздуха, расположенные на фронтовой и задней стенках, отличается тем, что нижняя часть топочной камеры выполнена с наклонными стенками с наклоном стенок большим угла естественного откоса шлаковых частиц и меньшим 80°, с увеличением поперечного сечения по высоте, при этом, стенки нижней части топочной камеры выполнены охлаждаемыми. Кроме того, стенки нижней части топочной камеры снабжены теплоотводящими экранами.The problem is solved in that the furnace containing the fuel supply unit, a grate with a primary air supply, secondary air nozzles located on the front and rear walls, characterized in that the lower part of the combustion chamber is made with inclined walls with a wall inclination greater than the angle of repose slag particles and less than 80 °, with an increase in the cross section in height, while the walls of the lower part of the combustion chamber are made cooled. In addition, the walls of the lower part of the combustion chamber are equipped with heat-removing screens.

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

Совокупность признаков формулы полезной модели обеспечивает устранение шлакования топки и увеличение экономичности сжигания полидисперсного дробленого твердого топлива.The combination of features of the utility model formula eliminates furnace slagging and increases the efficiency of burning polydisperse crushed solid fuel.

На фиг.1 показан вертикальный продольный разрез топки; на фиг.2 - ее вертикальный поперечный разрез.Figure 1 shows a vertical longitudinal section of a furnace; figure 2 - its vertical cross section.

Топка содержит вертикальную экранированную топочную камеру 1, по крайней мере, один узел подачи топлива 2, размещенный на фронтовой 3 стене The furnace contains a vertical shielded combustion chamber 1, at least one fuel supply unit 2 located on the front 3 wall

топки, по крайней мере, одно сопло вторичного воздуха 4 размещенное на задней стенке 5, по крайней мере, одно сопло вторичного воздуха 6 размещенное на фронтовой стенке 3, расположенную в нижней части топки наклонную колосниковую решетку 7, ширина которой меньшей ширины топочной камеры, и содержащей воздуховоды 8 подачи первичного воздуха. При этом, нижняя часть топочной камеры 9 выполнена в поперечном сечении в виде трапеции, нижнее основание которой меньше верхнего, с наклоном боковых сторон большим угла естественного откоса и меньшим 80°, причем ширина верхнего участка (а) нижней части топочной камеры составляет (0,7...1) ширины топочной камеры (в). Кроме того, показаны теплоотводящий экран 10, стенок нижней части топочной камеры 9, три зоны горения топлива 11-13, из которых 11 - зона горения крупных кусков топлива (локализованная на поверхности колосниковой решетки 7), 12 - зона горения мелких кусков топлива в кипящем слое (сгорающих во взвешенном состоянии непосредственно над колосниковой решеткой) и 13 - зона с вихревым движением факела (в которой сгорают пылевые фракции топлива), направление циркуляции факела 14.the furnace, at least one secondary air nozzle 4 located on the rear wall 5, at least one secondary air nozzle 6 located on the front wall 3, located in the lower part of the furnace inclined grate 7, the width of which is smaller than the width of the combustion chamber, and containing ducts 8 for supplying primary air. In this case, the lower part of the combustion chamber 9 is made in cross section in the form of a trapezoid, the lower base of which is smaller than the upper one, with the slope of the sides greater than the angle of repose and less than 80 °, and the width of the upper section (a) of the lower part of the combustion chamber is (0, 7 ... 1) the width of the combustion chamber (c). In addition, a heat sink screen 10, the walls of the lower part of the combustion chamber 9, three fuel combustion zones 11-13 are shown, of which 11 is the combustion zone of large pieces of fuel (localized on the surface of the grate 7), 12 is the combustion zone of small pieces of fuel in boiling layer (burning in suspension immediately above the grate) and 13 - zone with a swirling movement of the flame (in which dust fractions of fuel are burned), the direction of circulation of the flame 14.

Конструкция узла 2 подачи топлива зависит от конструкции колосниковой решетки 7: если последняя является решеткой прямого хода, то узел 2 подачи топлива представляет собой бункер, с питателем (на чертежах не показан) обеспечивающим ввод топлива на участок прилегающий к фронтовой 3 стене топлива; если последняя является решеткой обратного хода, то узел подачи дополнительно снабжают разбрасывателем (на чертежах не показан), обеспечивающим заброс топлива к задней стенке 5.The design of the fuel supply unit 2 depends on the design of the grate 7: if the latter is a forward-flow grille, then the fuel supply unit 2 is a hopper with a feeder (not shown in the drawings) providing fuel input to the area adjacent to the front 3 fuel wall; if the latter is a return grille, then the feed unit is additionally equipped with a spreader (not shown in the drawings), which provides fuel refueling to the rear wall 5.

Сопла вторичного воздуха 4 и 6 ориентированы по касательным к траектории вихревого движения в направлении циркуляции факела 14, при этом сопло вторичного воздуха 6 размещено над узлом подачи топлива 2 и ниже сопла вторичного воздуха 4. Конструктивно каждое из сопел представляет из себя конструкцию, обеспечивающую подачу вторичного воздуха в виде тонкого, но широкого потока (ширина которого соответствует The secondary air nozzles 4 and 6 are oriented tangentially to the vortex motion path in the direction of circulation of the flame 14, while the secondary air nozzle 6 is located above the fuel supply unit 2 and lower than the secondary air nozzle 4. Each of the nozzles is structurally designed to supply the secondary air in the form of a thin but wide stream (the width of which corresponds to

ширине топочной камеры).the width of the combustion chamber).

Топка работает следующим образом.The furnace works as follows.

Топливо подают в топочную камеру 1 через узел 2 подачи топлива. Крупные фракции топлива, под действием сил тяжести падают вниз где самые крупные сгорают непосредственно на колосниковой решетке 7 в потоке первичного воздуха, поступающего снизу (образуя собой зону горения крупных кусков топлива 11). Попадающие в топку более мелкие фракции топлива, под действием потока первичного воздуха подаваемого через воздуховоды 8, формируют зону горения 12 - кипящий слой топлива (зону горения мелких кусков топлива, сгорающих во взвешенном состоянии непосредственно над колосниковой решеткой 7). Поскольку площадь поперечного сечения нижней части топки увеличивается с высотой, соответственно падает скорость потока первичного воздуха, вследствие чего, в пределах зоны горения 12, топливная масса дифференцированно распределяется по высоте топки (более крупные - тяжелые, частицы остаются вблизи колосниковой решетки, более мелкие поднимаются выше - к нижней границе зоны 13с вихревым движением факела). При этом по мере сгорания, частицы переходят в вышележащие зоны топки.Fuel is supplied to the combustion chamber 1 through the fuel supply unit 2. Large fractions of fuel, under the influence of gravity, fall down where the largest burn directly on the grate 7 in the stream of primary air coming from below (forming a combustion zone of large pieces of fuel 11). Smaller fractions of fuel falling into the furnace, under the influence of the primary air flow supplied through air ducts 8, form a combustion zone 12 — a fluidized bed of fuel (a combustion zone of small pieces of fuel burning in suspension immediately above the grate 7). Since the cross-sectional area of the lower part of the furnace increases with height, the flow rate of primary air decreases accordingly, as a result, within the combustion zone 12, the fuel mass is differentially distributed along the height of the furnace (larger ones are heavy, particles remain near the grate, smaller ones rise higher - to the lower boundary of zone 13c with the swirling movement of the torch). In this case, as combustion, the particles pass into the overlying zones of the furnace.

Летучие мелкие фракции (пылевидное топливо), увлекаются поднимающимся вверх воздушным потоком первичного воздуха, однако поток вторичного воздуха, подаваемый через сопла 6 «формирует аэродинамический козырек», исключающий прямой выброс пылевидных фракций из топки, задавая им движение в сторону задней стенки топочной камеры. По мере движения «свежепопавшие в топку» частицы топлива взаимодействуют с раскаленными продуктами горения (в том числе раскаленными частицами топлива, ставшими летучими после частичного выгорания в нижележащих зонах) в результате чего они воспламеняются и сгорают.Volatile small fractions (pulverized fuel), are carried away by the rising air stream of primary air, however, the stream of secondary air supplied through nozzles 6 “forms an aerodynamic peak”, eliminating the direct emission of dust fractions from the furnace, setting them moving towards the rear wall of the furnace chamber. As they move, “freshly fallen into the furnace” fuel particles interact with incandescent combustion products (including incandescent fuel particles that become volatile after partial burning in the underlying zones), as a result of which they ignite and burn.

В зоне топочной камеры, прилегающей к задней стенке 5, (когда ослабевают силы инерции воздушного потока, сформированного работой сопел 6 вторичного воздуха (аэродинамического козырька»), под действием In the area of the combustion chamber adjacent to the rear wall 5 (when the inertia forces of the air flow formed by the operation of the secondary air nozzles 6 (aerodynamic visor ") weaken

первичного воздуха, твердые горючие частицы с дымовыми газами возносятся к соплам вторичного воздуха 4, расположенным на задней стенке 5 и, под действием, поступающих через них струй вторичного воздуха, направляются к фронтовой 3 стенке). Тем самым образуется вихревая зона горения 13, в которой мелкие фракции, перемещаясь по протяженной траектории, полностью выгорают.primary air, solid combustible particles with flue gases ascend to the secondary air nozzles 4 located on the rear wall 5 and, under the action of the secondary air jets coming through them, are directed to the front 3 wall). Thus, a vortex combustion zone 13 is formed, in which small fractions, moving along an extended trajectory, completely burn out.

Выполнение нижней части топки полностью экранированной обеспечивает охлаждение ее стенок до температуры меньшей температуры плавления шлака, что в совокупности с выполнением ее стенок наклонными (форма сечения трапеция с малым углом раскрытия 20-60°), исключает появление очагов шлакования (золовые откосы, неэкранированные стены, как это имеет место в известных конструкциях).The implementation of the lower part of the furnace completely shielded provides cooling of its walls to a temperature lower than the melting point of the slag, which, in combination with the execution of its walls inclined (a trapezoidal cross-sectional shape with a small opening angle of 20-60 °), eliminates the appearance of slagging centers (ash slopes, unshielded walls, as is the case in known designs).

Растягивание зоны горения топлива по высоте топки и улучшение теплоотвода за счет экранирования поверхности стен приводит к снижению максимальной температуры факела, при этом зола топлива не расплавляется, выпадающий на решетку шлак имеет мелкодисперсную структуру с размерами частиц не более 2-5 мм. Уменьшение доли угля выгорающего в слое и перенос горения в надслоевое пространство, а затем в вихревой факел с горизонтальной осью вращения вызывает рост количества золы уносимой из топки и снижение доли золы удаляемой со шлаком до 50-60%. Отсутствие крупных шлаковых агломератов на решетке и уменьшение общего количества удаляемой золы позволяет снизить скорость движения колосникового полотна до 5-30 м/ч, что способствует созданию условий для полного выжигания даже очень крупных кусков угля, поступающих в топку, при сравнительно небольшой длине топочной камеры. Выносимые за пределы объема кипящего слоя мелкие частицы топлива эффективно дожигаются в вихревом факеле.Stretching the fuel combustion zone along the height of the furnace and improving heat removal due to screening of the wall surface leads to a decrease in the maximum temperature of the flame, while the ash of the fuel does not melt, the slag falling onto the grate has a finely dispersed structure with particle sizes of no more than 2-5 mm. A decrease in the proportion of coal burned out in the layer and transfer of combustion to the superlayer space, and then to the vortex jet with a horizontal axis of rotation, causes an increase in the amount of ash carried away from the furnace and a decrease in the proportion of ash removed from the furnace to 50-60%. The absence of large slag agglomerates on the grate and a decrease in the total amount of ash removed can reduce the speed of the grate web to 5-30 m / h, which helps to create conditions for complete burning of even very large pieces of coal entering the furnace with a relatively small length of the furnace chamber. Small particles of fuel carried out beyond the fluidized bed volume are efficiently burned in a vortex plume.

Claims

1. A furnace containing a fuel supply unit, a grate with a primary air supply, secondary air nozzles located on the front and rear walls, characterized in that the lower part of the combustion chamber is made with inclined walls with a wall inclination greater than the slope of the slope and less 80 °, with an increase in its cross section in height, while the walls of the lower part of the combustion chamber are made cooled.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the walls of the lower part of the combustion chamber are equipped with heat-removing screens.