RU208257U1

RU208257U1 - Vortex furnace

Info

Publication number: RU208257U1
Application number: RU2021118502U
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Синицын
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2021-06-24
Publication date: 2021-12-10

Abstract

Настоящая полезная модель относится к области сжигания топлива, в частности, к вихревым топкам, и может быть использована для сжигания органического топлива, например, на тепловых электростанциях. Вихревая топка содержит камеру сгорания, включающую стенки, переходящие в нижней части в воронку, по меньшей мере, одну горелку, вмонтированную в стенку камеры, а также сопла для подачи воздуха, одно из которых установлено в нижней части воронки, а другое на стенке камеры сгорания, противоположной горелке, на уровне по высоте ниже горелки сопло установлено так, что его продольная ось пересекает смежную стенку воронки, расположенную со стороны сопла. На стенке камеры сгорания, противоположной горелке, установлено дополнительное сопло на уровне выше горелки. Продольная ось дополнительного сопла составляет угол 30…135° относительно стенки камеры сгорания. На стенках камеры сгорания могут быть установлены аэродинамические выступы. В стенку воронки, смежной с соплом нижнего дутья, вмонтирован бункер сбора крупных кусков топлива, снабженный питателем, для подачи термически обработанного топлива в нижнюю часть воронки, оси горелки и бункера сбора крупных кусков топлива находятся в одной вертикальной плоскости. Полезная модель позволяет повысить степень выгорания топлива, а также выравнивание температурного поля в камере сгорания, что обусловливает снижение интенсивности отложений на стенках камеры сгорания, снижение генерации оксидов азота и повышение степени связывания оксидов серы, кроме того, уменьшение абразивного износа поверхностей нагрева.The present utility model relates to the field of fuel combustion, in particular to vortex furnaces, and can be used for fossil fuel combustion, for example, in thermal power plants. SUBSTANCE: swirl furnace contains a combustion chamber, including walls passing into a funnel in the lower part, at least one burner mounted in the chamber wall, as well as air supply nozzles, one of which is installed in the lower part of the funnel, and the other on the wall of the combustion chamber. , opposite to the burner, at a height level below the burner, the nozzle is installed so that its longitudinal axis intersects the adjacent funnel wall located on the side of the nozzle. On the wall of the combustion chamber opposite the burner, an additional nozzle is installed at a level above the burner. The longitudinal axis of the additional nozzle makes an angle of 30...135° relative to the combustion chamber wall. Aerodynamic protrusions can be installed on the walls of the combustion chamber. In the wall of the funnel, adjacent to the nozzle of the lower blast, there is a bunker for collecting large pieces of fuel, equipped with a feeder, for supplying heat-treated fuel to the lower part of the funnel, the axes of the burner and the hopper for collecting large pieces of fuel are in the same vertical plane. The utility model allows increasing the degree of fuel burnout, as well as leveling the temperature field in the combustion chamber, which leads to a decrease in the intensity of deposits on the walls of the combustion chamber, a decrease in the generation of nitrogen oxides and an increase in the degree of binding of sulfur oxides, in addition, a decrease in abrasive wear of heating surfaces.

Description

Полезная модель относится к устройствам для сжигания топлива, в частности, к вихревым топкам, и может быть использована для сжигания твердого органического топлива, например, на тепловых электростанциях.The utility model relates to devices for fuel combustion, in particular, to vortex furnaces, and can be used for the combustion of solid fossil fuel, for example, at thermal power plants.

Из предшествующего уровня развития техники известна вихревая топка с установленной в верхней части камеры сгорания горелкой и в нижней соплами для подачи воздуха [Авторское свидетельство №483559. БИ №33 за 1975 г. Кл. F23C 5/12].From the prior art, a vortex furnace is known with a burner installed in the upper part of the combustion chamber and nozzles for supplying air in the lower part [Inventor's certificate No. 483559. BI No. 33 for 1975 Cl. F23C 5/12].

Недостатком этого устройства является низкая эффективность сжигания топлива при изменении нагрузки топки, обусловленная увеличением потерь топлива из-за механического недожога.The disadvantage of this device is the low efficiency of fuel combustion when the load of the furnace changes, due to an increase in fuel losses due to mechanical underburning.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является вихревая топка, содержащая камеру сгорания, включающую стенки, переходящие в нижней части в воронку, по меньшей мере, одну горелку, вмонтированную в стенку, а также сопла для подачи воздуха, одно из которых установлено в нижней части воронки и его продольная ось направлена в сторону горелки, а другое - на стене камеры сгорания, противоположной горелке, на уровне по высоте ниже горелки, сопло установлено так, что продольная ось пересекает смежную стенку воронки. На стенке камеры сгорания, противоположной горелке, установлено дополнительное сопло на уровне выше горелки. Продольная ось дополнительного сопла составляет угол 30…135° относительно стенки камеры сгорания [RU №2253801 С1, Бюл. №16 за 2005 г. Кл. F23C 5/12, F23C 7/02].The closest to the claimed technical solution is a vortex furnace containing a combustion chamber including walls that pass in the lower part into a funnel, at least one burner mounted in the wall, as well as nozzles for air supply, one of which is installed in the lower part of the funnel and its longitudinal axis is directed towards the burner, and the other is directed to the wall of the combustion chamber opposite the burner, at a height below the burner, the nozzle is installed so that the longitudinal axis crosses the adjacent wall of the funnel. On the wall of the combustion chamber opposite the burner, an additional nozzle is installed at a level above the burner. The longitudinal axis of the additional nozzle makes an angle of 30 ... 135 ° relative to the wall of the combustion chamber [RU No. 2253801 C1, Bul. No. 16 for 2005 Cl. F23C 5/12, F23C 7/02].

Недостатком данного технического решения является низкая эффективность сжигания при изменении нагрузки топки, обусловленная увеличением потерь топлива из-за механического недожога.The disadvantage of this technical solution is the low combustion efficiency when the furnace load changes, due to an increase in fuel losses due to mechanical underburning.

Задача на решение которой направлено заявленное техническое решение, является обеспечение повышения полноты сгорания топлива, снижение механического недожога и тем самым повышением коэффициента полезного действия, возможности увеличения производительности и снижения затрат энергии при сжигании немолотого топлива.The problem to be solved by the claimed technical solution is to ensure an increase in the completeness of fuel combustion, a decrease in mechanical underburning and thereby an increase in the efficiency, the possibility of increasing productivity and reducing energy costs when burning unmilled fuel.

Данное техническое решение является наиболее близким к заявленному и принято за прототип.This technical solution is the closest to the one stated and is taken as a prototype.

Данная задача достигается за счет того, что вихревая топка, содержащая камеру сгорания, включающую стенки переходящие в нижней части в воронку, по меньшей мере, одну горелку, вмонтированную в стенку камеры сгорания, а также сопла для подачи воздуха, одно из которых установлено в нижней части воронки, а другое - на стенке камеры сгорания, противоположной горелке, на уровне по высоте ниже горелки, причем продольная ось сопла пересекает смежную стенку воронки. На стенке камеры сгорания, противоположной горелке может быть установлено дополнительное сопло на уровне выше горелки, продольная ось дополнительного сопла составляет угол 30…135° относительно стенки камеры сгорания, стенки камеры сгорания могут иметь аэродинамические выступы, в стенку воронки смежной с соплом нижнего дутья, вмонтирован бункер сбора крупных кусков топлива, снабженный питателем, для подачи термически обработанного топлива за счет излучения топочного объема в нижнюю часть камеры сгорания.This task is achieved due to the fact that a vortex furnace containing a combustion chamber, including walls passing in the lower part into a funnel, at least one burner mounted in the wall of the combustion chamber, as well as nozzles for supplying air, one of which is installed in the lower part of the funnel, and the other on the wall of the combustion chamber opposite the burner, at a height below the burner, and the longitudinal axis of the nozzle intersects the adjacent wall of the funnel. On the wall of the combustion chamber opposite the burner, an additional nozzle can be installed at a level above the burner, the longitudinal axis of the additional nozzle makes an angle of 30 ... 135 ° relative to the combustion chamber wall, the combustion chamber walls can have aerodynamic protrusions; a hopper for collecting large pieces of fuel, equipped with a feeder, for supplying thermally treated fuel due to the radiation of the furnace volume into the lower part of the combustion chamber.

Техническим результатом обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является снижение потерь теплоты из-за механического недожога в уносе и провале за счет термической подготовки крупных кусков твердого органического топлива в сборном бункере, надежная работа устройства, повышение коэффициента полезного действия топки, возможности увеличения производительности и снижения затрат энергии при сжигании немолотого топлива.The technical result provided by the given set of features is a decrease in heat losses due to mechanical underburning in entrainment and failure due to thermal preparation of large pieces of solid organic fuel in a collecting hopper, reliable operation of the device, an increase in the efficiency of the furnace, the possibility of increasing productivity and reducing energy consumption when burning unmilled fuel.

Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема вихревой топки.The essence of the technical solution is illustrated by a drawing, where figure 1 shows a diagram of a vortex furnace.

Вихревая топка, содержит камеру сгорания 1, которая включает стенки 2, переходящие в нижней части в воронку 3. В одну из стенок 2 камеры сгорания 1 вмонтирована горелка 4, имеющая в конкретном примере наклон в сторону воронки 3. В нижней части воронки 3 установлено сопло 5 для подачи воздуха в нижнюю часть камеры сгорания 1. На стенке 2 камеры сгорания 1, противоположной горелке 4, на уровне по высоте ниже горелки 4 вмонтировано сопло 6, продольная ось которого пересекает стенку воронки 3. Кроме того, камера сгорания 1 может быть снабжена дополнительным соплом 7 для подачи воздуха, вмонтированным на стене 2 камеры сгорания 1, противоположной горелке 4, продольная ось дополнительного сопла 7 составляет угол 30°≤α≤135° относительно стенки 2 камеры сгорания 1. В стенку воронки 3 смежной с соплом 5, вмонтирован бункер 11 сбора крупных кусков топлива, снабженный питателем 12, для подачи термически обработанного топлива в нижнюю часть воронки 3.A vortex furnace contains a combustion chamber 1, which includes walls 2, passing in the lower part into a funnel 3. A burner 4 is mounted in one of the walls 2 of the combustion chamber 1, which in a specific example has an inclination towards the funnel 3. A nozzle is installed in the lower part of the funnel 3 5 for supplying air to the lower part of the combustion chamber 1. On the wall 2 of the combustion chamber 1, opposite the burner 4, at a height below the burner 4, a nozzle 6 is mounted, the longitudinal axis of which crosses the wall of the funnel 3. In addition, the combustion chamber 1 can be equipped with with an additional nozzle 7 for air supply, mounted on the wall 2 of the combustion chamber 1 opposite to the burner 4, the longitudinal axis of the additional nozzle 7 makes an angle of 30 ° ≤α≤135 ° relative to the wall 2 of the combustion chamber 1. In the wall of the funnel 3 adjacent to the nozzle 5, it is mounted hopper 11 for collecting large pieces of fuel, equipped with a feeder 12 for supplying thermally treated fuel to the lower part of the funnel 3.

Вихревая топка работает следующим образом. Топливно-воздушная смесь, состоящая из измельченного топлива и воздуха, подается посредством горелки 4 во внутреннее пространство камеры сгорания 1. Воздух, необходимый для горения топлива, подается в нижнюю часть камеры сгорания 1 двумя потоками: через сопло 5, установленное в нижней части воронки 3, и сопло 6, вмонтированное на стенке 2 камеры сгорания 1, противоположной горелке 4, на уровне по высоте ниже горелки 4, и в верхнюю часть камеры сгорания 1 через дополнительное сопло 7, вмонтированное на стенке 2 камеры сгорания 1 противоположной горелке 4, на уровне по высоте выше горелки 4. Крупные куски свежего топлива из горелки 4 попадают в сборный бункер 11, где термически обрабатываются излучением из топочного объема и затем питателем 12 подаются в воронку 3, в процессе этого термомеханически разрушаются. Куски породы выводятся из вихревой зоны 9. При этом количество движения (расход, скорость) воздуха из горелки 4, сопел 5, 6 и дополнительного сопла 7 выбираются такими, чтобы обеспечить сепарацию и распределение частиц топлива разных размеров по объему и высоте камеры сгорания 1. Топливно-воздушная смесь внутри камеры сгорания 1 воспламеняется и образует факел 8, в котором сгорают самые мелкие частицы топлива. Часть несгоревших частиц топлива под действием сил гравитации и инерции сепарируется в нижнюю часть камеры сгорания 1, а именно, в ее вихревую зону горения 9. Поток воздуха из сопла 6 прижат к стенке воронки 3 благодаря тому, что продольная ось 10 этого сопла пересекает стенку воронки 3 и взаимодействует с потоком воздуха из сопла 5, что обусловливает формирование устойчивого и интенсивного контура циркуляции горящих частиц топлива в вихревой зоне горения 9 и, соответственно, способствует повышению доли топлива, поступающего в нижнюю часть камеры сгорания 1, что обусловливает повышение устойчивости воспламенения и интенсивность сгорания топлива в нижней части камеры сгорания 1. Поток воздуха, выходящий из дополнительного сопла 7, придает импульс в направлении продольной оси этого сопла достаточно крупным частицам топлива, еще не успевшим сгореть в факеле 8, и способствует их сепарации из факела 8 к противоположной от дополнительного сопла 7 стенке 2 камеры сгорания 1. Эти частицы под действием сил гравитации и подсасывающего эффекта поступают в поток топливно-воздушной смеси, подаваемой в камеру сгорания 1 из горелки 4, что обусловливает повышение степени выгорания топлива в факеле 8 и тем самым повышает коэффициент полезного действия устройства. С другой стороны, поток воздуха, выходящий из дополнительного сопла 7, обогащает факел 8 кислородом, что обеспечивает более интенсивное догорание частиц топлива, а также газообразных продуктов неполного горения в этой части камеры сгорания 1, создает окислительную среду, способствующую уменьшению вероятности образования отложений на стенках 2 камеры сгорания 1, что повышает надежность ее работы.Vortex furnace works as follows. The fuel-air mixture, consisting of crushed fuel and air, is supplied through the burner 4 into the inner space of the combustion chamber 1. The air required for fuel combustion is supplied to the lower part of the combustion chamber 1 in two streams: through the nozzle 5 installed in the lower part of the funnel 3 , and a nozzle 6 mounted on the wall 2 of the combustion chamber 1 opposite to the burner 4, at a height below the burner 4, and into the upper part of the combustion chamber 1 through an additional nozzle 7 mounted on the wall 2 of the combustion chamber 1 opposite to the burner 4, at the level in height above the burner 4. Large pieces of fresh fuel from the burner 4 fall into the collecting hopper 11, where they are thermally treated with radiation from the combustion chamber and then fed into the funnel 3 by the feeder 12, during which they are thermomechanically destroyed. Pieces of rock are removed from the vortex zone 9. In this case, the momentum (flow rate, speed) of air from the burner 4, nozzles 5, 6 and additional nozzle 7 are selected so as to ensure the separation and distribution of fuel particles of different sizes over the volume and height of the combustion chamber 1. The fuel-air mixture inside the combustion chamber 1 ignites and forms a torch 8, in which the smallest fuel particles are burned. Part of the unburned fuel particles under the action of gravity and inertia forces is separated into the lower part of the combustion chamber 1, namely, into its vortex combustion zone 9. The air flow from the nozzle 6 is pressed against the wall of the funnel 3 due to the fact that the longitudinal axis 10 of this nozzle crosses the wall of the funnel 3 and interacts with the air flow from the nozzle 5, which causes the formation of a stable and intense circulation loop of burning fuel particles in the vortex combustion zone 9 and, accordingly, contributes to an increase in the proportion of fuel entering the lower part of the combustion chamber 1, which leads to an increase in the stability of ignition and the intensity combustion of fuel in the lower part of the combustion chamber 1. The air flow coming out of the additional nozzle 7 imparts an impulse in the direction of the longitudinal axis of this nozzle to sufficiently large fuel particles that have not yet had time to burn in the torch 8, and promotes their separation from the torch 8 to the opposite of the additional nozzle 7 wall 2 of the combustion chamber 1. These particles underneath By the action of the forces of gravity and the suction effect, they enter the flow of the fuel-air mixture supplied to the combustion chamber 1 from the burner 4, which causes an increase in the degree of fuel burnout in the torch 8 and thereby increases the efficiency of the device. On the other hand, the air flow coming out of the additional nozzle 7 enriches the torch 8 with oxygen, which ensures a more intense afterburning of fuel particles, as well as gaseous products of incomplete combustion in this part of the combustion chamber 1, creates an oxidizing environment that helps to reduce the likelihood of deposits on the walls 2 combustion chambers 1, which increases the reliability of its operation.

Регулирование расходов воздуха из горе л очно-сопловых устройств (горелки, сопел 5, 6 и дополнительного сопла 7) позволяет в рабочем диапазоне нагрузок рационально распределить частицы топлива разных размеров по объему камеры сгорания 1 таким образом, чтобы выровнять тепловыделение и тем самым поле температуры по объему камеры сгорания 1. Это обстоятельство позволяет снизить интенсивность пиропластических превращений в золовых частицах с образованием легкоплавких эвтектик и, как результат, уменьшение отложений на стенках камеры сгорания 1, что повышает надежность ее работы.Regulation of air flow rates from the combustion chamber and nozzle devices (burner, nozzles 5, 6 and additional nozzle 7) allows, in the operating range of loads, to rationally distribute fuel particles of different sizes throughout the volume of the combustion chamber 1 in such a way as to equalize the heat release and thus the temperature field along the volume of the combustion chamber 1. This circumstance makes it possible to reduce the intensity of pyroplastic transformations in ash particles with the formation of low-melting eutectics and, as a result, reduce deposits on the walls of the combustion chamber 1, which increases the reliability of its operation.

Кроме того, пониженный в целом уровень температуры в объеме камеры сгорания 1 снижает образование оксидов азота. Это обстоятельство в сочетании с многократной циркуляцией золовых частиц в вихревой зоне 9 приводит к значительному повышению связывания оксидов серы. Таким образом, улучшаются экологические показатели устройства.In addition, the overall lower temperature level in the volume of the combustion chamber 1 reduces the formation of nitrogen oxides. This circumstance, combined with multiple circulation of ash particles in the vortex zone 9, leads to a significant increase in the binding of sulfur oxides. Thus, the environmental performance of the device is improved.

Вихревая топка может быть использована практически для всей гаммы твердого органического топлива в широком диапазоне изменения его качественных характеристик и гранулометрического состава, позволяет повысить коэффициент полезного действия, надежность и безопасность работы топки за счет снижения вероятности отложений на ее стенках, а также снизить образование оксидов азота за счет снижения и выравнивания общего уровня температуры в топке и повысить связывание оксидов серы основными окислами минеральной части топлива за счет увеличения скорости этих химических реакций при снижении уровня температуры. Использование бункера сбора бункера крупных кусков топлива с последующей их термической обработкой приводит к увеличению производительности и снижению расхода энергии на подготовку твердого органического топлива.A vortex furnace can be used for almost the entire range of solid organic fuel in a wide range of changes in its quality characteristics and particle size distribution, it can increase the efficiency, reliability and safety of the furnace by reducing the likelihood of deposits on its walls, and also reduce the formation of nitrogen oxides for by reducing and leveling the overall temperature level in the furnace and increasing the binding of sulfur oxides by the main oxides of the mineral part of the fuel by increasing the rate of these chemical reactions with a decrease in the temperature level. The use of a bunker for collecting a bunker of large pieces of fuel with their subsequent heat treatment leads to an increase in productivity and a decrease in energy consumption for the preparation of solid organic fuel.

Claims

A vortex furnace containing a combustion chamber, including walls passing in the lower part into a funnel, at least one burner mounted in the wall of the combustion chamber, as well as air supply nozzles, one of which is installed in the lower part of the funnel, and the other on the wall of the combustion chamber opposite the burner, at a height below the burner, and the longitudinal axis of the nozzle crosses the adjacent wall of the funnel, on the wall of the combustion chamber opposite the burner, an additional nozzle can be installed at a level above the burner, the longitudinal axis of the additional nozzle makes an angle of 30 ... 135 ° relative to the wall of the combustion chamber, aerodynamic protrusions can be installed on the walls of the combustion chamber, characterized in that a hopper for collecting large pieces of fuel is mounted in the wall of the funnel adjacent to the bottom blast nozzle in the lower part of the funnel, equipped with a feeder for supplying thermally treated fuel to the lower part funnels.