UA151490U

UA151490U - Method of burning solid low-reaction fuel in a boiler unit

Info

Publication number: UA151490U
Application number: UAU202107573U
Authority: UA
Inventors: Олександр В'ячеславович Єфімов; Валерій Леонідович Каверцев; Вадим Олександрович Дягілєв; Тетяна Олексіївна Єсипенко
Original assignee: Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут"
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2022-08-03

Abstract

A method of burning solid low-reaction fuel in a direct-flow flame by feeding an air mixture and secondary air into the boiler unit furnace through burner devices located on the side walls of the furnace, and a spent drying agent with improved performance outside the burner devices through nozzles. Ozone in an amount of less than 1 % by volume is added to the spent drying agent, and the temperature of the drying agent is more than 100 °C.

Description

Корисна модель належить до теплоенергетики і може бути використана для спалювання пиловугільного палива, зокрема високозольного і низькореакційного пиловугільного палива, в топках котельних агрегатів теплових електростанцій і в інших теплоенергетичних агрегатів.The useful model belongs to thermal power engineering and can be used for burning pulverized coal fuel, in particular high-ash and low-reactivity pulverized coal fuel, in furnaces of boiler units of thermal power plants and in other thermal power units.

Відомий спосіб розпалювання та стабілізації горіння пиловугільного факела шляхом додаткового спалювання мазуту або природного газу (1). Пускові мазутні або газові форсунки монтуються спільно з основними вугільними пальниками або додатково встановлюються до них. Наприклад, котлоагрегат ПК-39 має 12 основних пиловугільних пальників продуктивністю 8 т/год. та 8 мазутних форсунок продуктивністю 1,3 т/год. При надходженні в топку мазуту та вугілля відбувається запалення рідкого високореакційного палива. При горінні мазуту виділяється значна кількість тепла, що нагріває вугільний пил. В результаті нагрівання вугільних частинок виділяються горючі леткі та підвищується температура частинок твердого палива. При цьому відбувається загоряння вугільних частинок та здійснюється інтенсивне розпалювання та стабілізація горіння пиловугільного факела.There is a known method of igniting and stabilizing the burning of a pulverized coal torch by additional burning of fuel oil or natural gas (1). Starting fuel oil or gas nozzles are mounted together with the main coal burners or additionally installed to them. For example, the PK-39 boiler unit has 12 main pulverized coal burners with a capacity of 8 t/h. and 8 fuel oil nozzles with a capacity of 1.3 t/h. When fuel oil and coal enter the furnace, ignition of liquid highly reactive fuel occurs. When burning fuel oil, a significant amount of heat is released, which heats coal dust. As a result of heating coal particles, combustible volatiles are released and the temperature of solid fuel particles rises. At the same time, coal particles are ignited and intense ignition and stabilization of the combustion of the pulverized coal torch is carried out.

До недоліків слід віднести відсутність можливості збільшення швидкості реакції займання та горіння паливної суміші. Крім того, при спільному спалюванні низькореакційного вугілля та мазуту, у топці підвищується механічний недопал, збільшуються викиди оксидів азоту та сірки, посилюється корозія поверхонь нагріву та знижується надійність енергетичного обладнання.The disadvantages include the lack of an opportunity to increase the speed of the ignition reaction and combustion of the fuel mixture. In addition, with the joint burning of low-reactivity coal and fuel oil, mechanical underfire increases in the furnace, emissions of nitrogen oxides and sulfur increase, corrosion of heating surfaces increases, and the reliability of power equipment decreases.

Відомий спосіб спалювання низькореакційного палива у пиловугільному прямоточному факелі шляхом подачі в топку аеросуміші (суміші основної частини пилу палива з гарячим первинним повітрям, що не пройшов систему пило приготування) та гарячого вторинного повітря через пальники та подачі низькотемпературного відпрацьованого сушійного агента (сушійного повітря, яке забаластоване випареною під час сушіння вологою та викидним пилом палива) - поза пальники крізь скидальні сопла (2). Видалення із зони активного горіння низькотемпературного сушійного повітря, забаластованого випареною вологою та викидним пилом стабілізує запалення та підвищує ступінь вигоряння горючих основної маси палива.There is a known method of burning low-reactivity fuel in a pulverized coal direct-flow torch by feeding an aeromixture into the furnace (a mixture of the main part of the fuel dust with hot primary air that has not passed through the dust preparation system) and hot secondary air through the burners and supplying a low-temperature spent drying agent (drying air that is ballasted evaporated during drying with moisture and ejected fuel dust) - outside the burners through discharge nozzles (2). Removal of low-temperature dry air, ballasted with evaporated moisture and ejected dust, from the zone of active combustion stabilizes the ignition and increases the degree of combustion of the combustible main mass of the fuel.

Недоліком даного способу є високі втрати тепла з механічним недопалом, які обумовлені зниженням вигоряння викидного пилу, такі втрати можуть становити 15 95 від загальної маси палива.The disadvantage of this method is high heat losses with mechanical underburning, which are due to a decrease in the combustion of ejected dust, such losses can amount to 15 95 of the total mass of fuel.

Найближчим аналогом є спосіб спалювання низькореакційного палива у пиловугільномуThe closest analogue is the method of burning low-reactivity fuel in pulverized coal

Зо прямоточному факелі шляхом подачі в топку аеросуміші та гарячого вторинного повітря крізь пальники, а подача низькотемпературного відпрацьованого сушійного агента з покращеною реакційною спроможністю здійснюється поза пальниками крізь скидальні сопла |З). Згідно з найближчим аналогом покращення характеристик відпрацьованого сушійного агента порівняно з характеристиками на виході з пиловловлювача досягаються його підігрівом у пароповітряному теплообміннику перегрітою парою до 400-450 "С. Підвищення температури сушійного повітря та викидного пилу обумовлюють підвищення швидкості горіння пилу та сприяють інтенсифікації її спалювання і зниженню втрат тепла з механічним недопалом.From the direct-flow torch by supplying the aeromixture and hot secondary air to the furnace through the burners, and the supply of low-temperature spent drying agent with improved reactivity is carried out outside the burners through discharge nozzles (Ж). According to the closest analogue, the improvement of the characteristics of the spent drying agent compared to the characteristics at the exit from the dust collector is achieved by heating it in a steam-air heat exchanger with superheated steam to 400-450 "С. The increase in the temperature of the drying air and exhaust dust causes an increase in the speed of dust burning and contributes to the intensification of its combustion and reduction heat loss with mechanical underfire.

Недоліками даного способу є складність організації раціональних умов для інтенсифікації спалювання викидного пилу та зниження втрат з механічним недопалом внаслідок включення теплообмінника для підігріву сушійного агента у теплообмінну систему котла, та знижена надійність внаслідок небезпеки забруднення поверхні теплообмінника пилом палива, що приводить до зниження температури сушійного агента.The disadvantages of this method are the difficulty of organizing rational conditions for intensifying the combustion of exhaust dust and reducing losses with mechanical underburning due to the inclusion of a heat exchanger for heating the drying agent in the heat exchange system of the boiler, and reduced reliability due to the danger of contamination of the surface of the heat exchanger with fuel dust, which leads to a decrease in the temperature of the drying agent.

Суть корисної моделі полягає в тому, що у відпрацьований сушійний агент вводять озон та підтримують концентрацію озону в суміші менше 1 95 об'єму та температуру сушійного агента більш ніж 100 "С.The essence of the useful model is that ozone is injected into the spent drying agent and the concentration of ozone in the mixture is maintained below 1 95 volume and the temperature of the drying agent is more than 100 "С.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб спалювання низькореакційного палива у пиловугільному прямоточному факелі шляхом подачі в топку аеросуміші і вторинного повітря через пальники, які розташовані на бічних стінках топки, та відпрацьованого сушійного агента з покращеними характеристиками поза пальники через сопла, згідно з корисною моделлю, у відпрацьований сушійний агент вводять озон у кількості, меншій ніж 1 95 об., та підтримують температуру сушійного агента вище 100 "С. При цьому озон вводять у частину відпрацьованого сушійного агента.The task is solved by the fact that the method of burning low-reactivity fuel in a pulverized coal direct-flow torch by supplying the furnace with an aeromixture and secondary air through the burners located on the side walls of the furnace, and the spent drying agent with improved characteristics outside the burners through the nozzles, according to a useful model, in ozone is injected into the spent drying agent in an amount less than 1 95 vol., and the temperature of the drying agent is maintained above 100 "C. At the same time, ozone is introduced into a part of the spent drying agent.

У відпрацьований сушійний агент, який містить забаластоване випареною вологою палива сушійне повітря та дрібнодисперсний пил, вводять озон. При температурі, вищій за 100 "С, молекули озону розкладаються з виділенням атомарного кисню, причому швидкість розкладання озону підвищується із зростанням температури. В результаті розкладання озону у відпрацьованому сушійному агенті з'являються активні центри, які забезпечують зниження енергії активації у процесі горіння палива.Ozone is injected into the spent drying agent, which contains dry air ballasted with vaporized moisture fuel and fine dust. At a temperature higher than 100 "C, ozone molecules decompose with the release of atomic oxygen, and the rate of ozone decomposition increases with increasing temperature. As a result of ozone decomposition, active centers appear in the spent drying agent, which ensure a decrease in the activation energy in the process of fuel combustion.

Експериментально встановлено, що додаток озону у повітря в кількості, меншій за 1 95 об., бо суттєво інтенсифікує запалення та горіння пилу з розміром частинок, меншим ніж 250 мм.It was experimentally established that the addition of ozone to the air in an amount less than 1 95 vol. significantly intensifies the ignition and combustion of dust with a particle size of less than 250 mm.

Активні центри, що з'являються в результаті розкладання озону, розподіляються по газовій та твердій фазах відпрацьованого сушійного агента. Це обумовлює ланцюговий процес горіння укупі із тепловим. Присутність парів води у рушійному повітрі також прискорює процес запалення вуглецю палива. Це обумовлює зниження часу та температури запалення, різко зростає швидкість горіння як викидного пилу, так і частинок палива, що не вигоріли у факелі вище зони горіння, а також підвищується рівень вигоряння горючого низькореакційного палива.Active centers that appear as a result of ozone decomposition are distributed over the gas and solid phases of the spent drying agent. This determines the chain process of combustion along with the thermal one. The presence of water vapor in the driving air also accelerates the ignition process of fuel carbon. This leads to a decrease in the ignition time and temperature, a sharp increase in the burning rate of both ejected dust and unburned fuel particles in the torch above the combustion zone, and also an increase in the burning rate of combustible low-reaction fuel.

При цьому знижуються втрати тепла з механічним недопалом та росте економічність процесу спалювання.At the same time, heat losses due to mechanical underburning are reduced and the efficiency of the burning process increases.

Корисну модель, що пропонується, проілюстровано відповідним кресленням. Згідно з кресленням пропонований спосіб спалювання спалювання твердого низькореакційного палива у факелі прямоточного виду здійснюється у топці 1 котла, нижня зона 2 якої "утеплена". На бічних стінках топки 1 в зоні 2 розміщені пальники З з пилопроводами 4 для аеросуміші та повітропроводи 5 вторинного повітря. Вище зони 2 на стінках топки 1 розміщені скидальні сопла 6, внутрішні порожнини яких з'єднані з каналами 7 подачі відпрацьованого сушійного агента та пристроєм 8 вводу озону у сушійний агент.The proposed useful model is illustrated by the corresponding drawing. According to the drawing, the proposed method of burning solid low-reaction fuel in a direct-flow torch is carried out in the furnace 1 of the boiler, the lower zone 2 of which is "warmed". On the side walls of the firebox 1 in zone 2 there are burners C with dust ducts 4 for the air mixture and ducts 5 for secondary air. Above the zone 2 on the walls of the furnace 1 there are discharge nozzles 6, the internal cavities of which are connected to the channels 7 for supplying the spent drying agent and the device 8 for introducing ozone into the drying agent.

Спосіб здійснюється наступним чином. Аеросуміш подають в "утеплену" зону 2 топки 1 крізь пилопроводи 4, повітропроводи 5 та пальники 3. В "утепленій" зоні 2 топки 1 відбувається запалення, часткове вигоряння горючих основної маси палива та формування зони активного горіння пиловугільного прямоточного факела. Продукти згоряння основної маси палива, які не використані у процесі горіння, кисень повітря та інші окислювачі, а також горючі складові, що не згоріли, рухаються вздовж прямоточного факела догори. Вище зони активного горіння крізь скидальні сопла б у факел подають відпрацьований сушійний агент з температурою вище 100 "С, який містить водяні пари випареної вологи палива, викидний пил, озон та атомарний кисень, який утворився при розкладенні озону. Таким чином, в об'ємі прямоточного факела вище зони активного горіння формуються нові додаткові активні центри, які утворилися в результаті розкладення озону та парів води сушійного агента. Має місце горіння викидного пилу та горючих складових, які винесені з зони активного горіння, згідно з ланцюговим та тепловим механізмом.The method is carried out as follows. The air mixture is supplied to the "warmed" zone 2 of the firebox 1 through dust ducts 4, air ducts 5 and burners 3. In the "warmed" zone 2 of the firebox 1, ignition takes place, partial burning of the combustible main mass of fuel and the formation of an active combustion zone of a pulverized coal direct-flow torch. Combustion products of the main mass of fuel, which are not used in the combustion process, air oxygen and other oxidizers, as well as unburned combustible components, move along the direct-flow torch upwards. Above the zone of active combustion, spent drying agent with a temperature above 100 "С, which contains water vapor of evaporated fuel moisture, exhaust dust, ozone and atomic oxygen formed during the decomposition of ozone, is fed into the torch through discharge nozzles. Thus, in the volume of the direct-flow torch above the zone of active combustion, new additional active centers are formed, which were formed as a result of the decomposition of ozone and water vapor of the drying agent. Combustion of ejected dust and combustible components, which are removed from the zone of active combustion, takes place according to the chain and thermal mechanism.

Таким чином, застосування такого способу спалювання твердого низькореакційного паливаThus, the use of this method of burning solid low-reaction fuel

Зо у факелі прямоточного виду котельного агрегату дозволяє знизити теплові витрати із механічним недопалом та отримати більш високі енергоекономічні показники.Zo in the torch of the direct-flow type of the boiler unit allows to reduce heat costs with mechanical underburning and to obtain higher energy-economic indicators.

Джерела інформації: 1. Дорощук В.Е. и Рубан В.Б. Котельнье и турбиннье установки знергоблоков мощностью 500 и 800 МВт. - М.: Знергия, 1979. - С. 137. 2. Мейкляр М.В. Современньєеє котельньєеє агрегать! ТКЗ - М.: 1978. - С. 99. 3. Маршак Ю.Л., Артемьев Ю.П., Миронов С.Н., Парфенов К.Я. Пути улучшения сжигания низкосортного антрацитового штьіїба на злектростанциях //Теплознергетика. - 1988. - Мо 9. - б.Sources of information: 1. Doroshchuk V.E. and Ruban V.B. Boiler and turbine installations of power generation units with a capacity of 500 and 800 MW. - M.: Znergia, 1979. - P. 137. 2. Meiklyar M.V. A modern boiler unit! TKZ - M.: 1978. - p. 99. 3. Marshak Yu.L., Artemyev Yu.P., Mironov S.N., Parfenov K.Ya. Ways to improve the burning of low-grade anthracite coal at power stations //Teploznergetika. - 1988. - Mo 9. - b.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA The method of burning solid low-reactivity fuel in a straight-flow type torch by supplying an aeromixture and secondary air to the furnace of the boiler unit through the burner devices located on the side walls of the furnace, and spent drying agent with improved indicators outside the burner devices through nozzles, which differs in that that ozone in an amount less than 195 vol. is added to the spent drying agent, while the temperature of the drying agent is more than 100 °C.