RU2334914C1

RU2334914C1 - Coal-water slurry combustion plant

Info

Publication number: RU2334914C1
Application number: RU2007113720/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Воронов (RU); Владимир Александрович Воронов; Айдар Бариевич Незаметдинов (RU); Айдар Бариевич Незаметдинов; Виктор Иванович Александров (RU); Виктор Иванович Александров
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2008-09-27

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention is referred to machinery designed for liquid fuel combustion in heat and water plants, process plants and municipal plants. It may be used in metallurgical, chemical and other industries of human activities. Plant includes the following: injector, fan, frame cut-off valves, coal and water slurry flow regulator, fuel pressure sensors, gas supply channel, flame detector sensor, combustion transformer, air pressure sensor, coal and water pressure tap nipple, perforated wall for one-side inlet; mixing chamber; electronic switchboard, air duct, injector nozzle, through-wall openings made in ribs, ignition spark plug. Coal and water slurry is mixed up with air ensuring oxidation and as a result almost complete burning. Fuel is completely sprayed by means of air and burnt off at the mostly remote distances from outlet cross section.

EFFECT: possibility to combust coal and water slurry in different amounts, if necessary.

3 dwg

Description

Изобретение относится к технике, предназначенной для сжигания жидкого топлива в теплоэнергетических, технологических и коммунальных установках и может быть использовано в металлургической, химической промышленности и других отраслях сферы деятельности человека.The invention relates to techniques for burning liquid fuel in thermal power, technological and municipal installations and can be used in the metallurgical, chemical industry and other sectors of the human activity.

Известна горелка по патенту РФ №2084764, содержащая по оси трубу с жидкостной форсункой, смеситель, гибкими шлангами соединенный с патрубком мазута и патрубком водоугольной суспензии, газоподающую трубу, соединенную с патрубком подачи газа, и имеет щели, короб первичного воздуха, в зоне которого размещены пустотелые лопатки, соединенные щелями с газоподающей трубой, причем каждая лопатка трубопроводом соединена с патрубком подачи вторичного воздуха и/или пара и имеет сопловые отверстия, рассекатели, каждый из которых выполнен У-образной формы, расположен внутри короба впереди соответствующей лопатки со стороны входа воздуха и так, что в коробе образует окно, короб аэросмеси на примыкании к коробу, короб третичного воздуха вокруг короба с завихрительными лопатками. Труба с форсункой и смесителем имеет возможность осевого перемещения и фиксации.Known burner according to the patent of the Russian Federation No. 2084764, containing an axis of a pipe with a liquid nozzle, a mixer, flexible hoses connected to a fuel oil pipe and a water-carbon suspension pipe, a gas supply pipe connected to a gas supply pipe, and has slots, a primary air box in the area of which are located hollow blades connected by slots to the gas supply pipe, each blade being connected by a pipe to the secondary air and / or steam supply pipe and has nozzle openings, dividers, each of which is made of a U-shaped light of the frame, located inside the box in front of the corresponding scapula from the air inlet side and so that in the box forms a window, box of air mixtures adjacent to the box, tertiary air box around the box with swirl blades. The pipe with nozzle and mixer has the possibility of axial movement and fixation.

(Патент РФ №2084764, F23D 17/00, от 20.07.1997 г.)(RF patent No. 2084764, F23D 17/00, 07/20/1997)

Недостатком данной установки является усложненный процесс смешения водоугольной суспензии (ВУС) (топлива) с воздухом и несовершенный способ подачи топлива в зону горения.The disadvantage of this installation is the complicated process of mixing a water-coal suspension (WC) (fuel) with air and an imperfect way of supplying fuel to the combustion zone.

Известна форсунка, содержащая воздухоподводящий корпус с центральной трубой, периферийную и внутреннюю обечайки, установленные за выходным срезом корпуса с кольцевым зазором, в котором размещены наклонные к оси корпуса перегородки, образующие чередующиеся через один заглушенные и сквозные наклонные каналы, при этом периферийная обечайка установлена с примыканием к выходному срезу корпуса, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными соосными периферийной и внутренней обечайками и дополнительными наклонными к оси корпуса перегородками, размещенными в кольцевом зазоре между дополнительными обечайками, с образованием чередующихся через один заглушенных и сквозных наклонных каналов, периферийная и внутренняя обечайки выполнены в виде усеченных конусов, обращенных к корпусу большими основаниями, дополнительные обечайки также выполнены в виде усеченных конусов, но обращены к корпусу меньшими основаниями, при этом дополнительная внутренняя обечайка установлена с примыканием к центральной топливной трубе, а в каждой паре обечаек выполнен кольцевой ряд соосных отверстий, образующих указанные сквозные наклонные каналы.Known nozzle containing an air supply housing with a Central pipe, the peripheral and inner shells installed behind the output section of the housing with an annular gap, which is placed inclined to the axis of the body of the partition, forming alternating through one muffled and through inclined channels, while the peripheral shell is installed with adjacency to the output section of the housing, characterized in that it is equipped with additional coaxial peripheral and internal shells and additional inclined to the axis of the housing the horns placed in the annular gap between the additional shells, with the formation of alternating through one muffled and through inclined channels, the peripheral and internal shells are made in the form of truncated cones facing the body with large bases, additional shells are also made in the form of truncated cones, but facing the body smaller bases, while the additional inner shell is mounted adjacent to the central fuel pipe, and in each pair of shells an annular row of coaxial holes forming the specified through inclined channels.

(Патент РФ №2047049, F23D 11/00, от 20.03.1995 г.) - прототип.(RF patent No. 2047049, F23D 11/00, dated March 20, 1995) - a prototype.

Недостатком данной форсунки является несовершенный процесс смешения водоугольной суспензии (топлива) с воздухом и невозможность зажигания этой смеси в данной форсунке.The disadvantage of this nozzle is the imperfect process of mixing a water-carbon suspension (fuel) with air and the inability to ignite this mixture in this nozzle.

Техническим результатом предложенного изобретения является устранение данных недостатков путем создания устройства, позволяющего сжигать водоугольную суспензию в разных количествах в зависимости от необходимости.The technical result of the proposed invention is to eliminate these disadvantages by creating a device that allows you to burn water-coal suspension in different quantities, depending on the need.

Технический результат достигается тем, что установка для сжигания водоугольной суспензии, содержащая форсунку с воздухоподводящим корпусом с центральной трубой, периферийной и внутренней обечайками, установленными за выходным срезом корпуса с кольцевым зазором, в котором размещены наклонные к оси корпуса перегородки, а периферийная обечайка установлена с примыканием к выходному срезу корпуса и снабжена дополнительными соосными периферийными и внутренними обечайками и перегородками, согласно изобретению, установка снабжена вентилятором для подачи обогащенного кислородом воздуха со смотровым окном и регулятором расхода, электронным коммутатором и трансформатором зажигания, камерой смешения с перфорированной стенкой и датчиком давления воздуха, двумя отсечными клапанами, регулятором расхода топлива, при этом установка снабжена каналом для подачи в топливо газа для поджигания водоугольной суспензии.The technical result is achieved by the fact that the installation for burning a coal-water slurry containing a nozzle with an air supply housing with a central pipe, peripheral and inner shells installed behind the outlet slice of the housing with an annular gap, in which the partitions are inclined to the axis of the housing, and the peripheral shell is installed with adjoining to the output section of the housing and is equipped with additional coaxial peripheral and internal shells and partitions, according to the invention, the installation is equipped with a valve a torus for supplying oxygen-enriched air with an inspection window and a flow regulator, an electronic switch and an ignition transformer, a mixing chamber with a perforated wall and an air pressure sensor, two shut-off valves, a fuel flow regulator, while the installation is equipped with a channel for supplying gas to the fuel for igniting a coal-water suspensions.

На фиг.1 и фиг.2 показаны схематичные изображения установки для сжигания водоугольной суспензии, вид спереди и вид сверху, с местными разрезами для вида внутри.Figure 1 and figure 2 shows a schematic illustration of an installation for burning water-coal slurry, front view and top view, with local cuts for a view inside.

На фиг.3 изображен разрез форсунки.Figure 3 shows a section of the nozzle.

Установка содержит: 1 - форсунку; 2 - вентилятор; 3 - корпус, 4 и 5 - клапаны отсечные; 6 - регулятор расхода водоугольной суспензии; 7 - датчики давления топлива; 8 - канал для подачи газа; 9 - датчик контроля пламени; 10 - трансформатор зажигания; 11 - датчик давления воздуха; 12 - ниппель отбора давления водоугольной суспензии; 13 - ниппель отбора давления воздуха; 14 - смотровое окно; 15 - регулятор расхода воздуха; 16 - перфорированную стенку для одностороннего входа; 17 - камеру смешения; 18 - электронный коммутатор; 19 - воздуховод; 20 - сопло форсунки; 21, 24 - наклонные каналы форсунки для выхода воздуха; 25 - канал для подачи водоугольной суспензии; 22, 23 и 26, 27 - сквозные отверстия, выполненные в обечайках 30, 31 и 32, 33 соответственно; 28 - свеча зажигания.Installation contains: 1 - nozzle; 2 - fan; 3 - body, 4 and 5 - shut-off valves; 6 - flow rate regulator of water-coal suspension; 7 - fuel pressure sensors; 8 - channel for supplying gas; 9 - flame control sensor; 10 - ignition transformer; 11 - air pressure sensor; 12 - nipple pressure selection water-coal suspension; 13 - a nipple of selection of air pressure; 14 - viewing window; 15 - air flow regulator; 16 - perforated wall for one-way entry; 17 - mixing chamber; 18 - electronic switch; 19 - duct; 20 - nozzle nozzle; 21, 24 - inclined nozzle channels for air outlet; 25 - channel for supplying a water-coal suspension; 22, 23 and 26, 27 - through holes made in the shells 30, 31 and 32, 33, respectively; 28 - spark plug.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Воздух с помощью вентилятора 2 поступает внутрь корпуса 3 (фиг.1), откуда под давлением через перфорированную стенку 16 попадает в камеру смешения 17, где, смешиваясь с суспензией, выталкивается в сопло 20 форсунки 1. Параллельно воздух проходит через воздуховод 19 (фиг.3) и выходит через наклонные каналы 21 и 24 форсунки 1, а затем в топку (на фигуре не представлена). Суспензия поступает в камеру смешения 17, а затем, смешиваясь с воздухом, в топливную трубу 25. В обечайках 30 и 31, 32 и 33 выполнены отверстия 22, 23 и 26, 27 соответственно. Воздух, поступающий через наклонные каналы 21 и 24, образует в свободном пространстве внутренний прерывистый в поперечном сечении факела горения вихревой поток в виде кольцевого ряда закрученных вокруг оси 29 форсунки 1 газовых струй. Поток сначала поджимается ближе к оси 29 форсунки 1, а затем, не достигая ее, расширяется по мере удаления от выходного сечения. Закрутка струй, направленных от оси 29 форсунки 1, предотвращая их столкновение в осевой зоне течения, уменьшает коагуляцию суспензии и предотвращает чрезмерное обогащение топливной смеси в этой зоне. Потоки, создаваемые наклонными каналами 21 и 24, в виде конусов кольцевых рядов струй с различными углами раскрытия формируют факел горения.Air through a fan 2 enters the housing 3 (Fig. 1), wherefrom under pressure through a perforated wall 16 it enters the mixing chamber 17, where, mixed with the suspension, it is pushed into the nozzle 20 of the nozzle 1. In parallel, air passes through the duct 19 (Fig. 3) and exits through the inclined channels 21 and 24 of the nozzle 1, and then into the furnace (not shown in the figure). The suspension enters the mixing chamber 17, and then, mixed with air, into the fuel pipe 25. In the shells 30 and 31, 32 and 33 holes 22, 23 and 26, 27 are made, respectively. The air entering through the inclined channels 21 and 24 forms in the free space an intermittent vortex flow in the cross section of the combustion torch in the form of an annular row of gas jets swirling around axis 29 of the nozzle 29. The flow is first pushed closer to the axis 29 of the nozzle 1, and then, without reaching it, expands with distance from the output section. The swirling of the jets directed from the axis 29 of the nozzle 1, preventing their collision in the axial flow zone, reduces the coagulation of the suspension and prevents excessive enrichment of the fuel mixture in this zone. The flows created by the inclined channels 21 and 24, in the form of cones of annular rows of jets with different opening angles, form a flame.

Высокая интенсивность турбулентности и активная рециркуляция, которые достигаются при работе предлагаемой установки, обусловлены значительными градиентами скоростей течения, сформированного потоками с различными направлениями распространения воздуха, обеспечивают качественный подогрев, надежный поджиг и устойчивое горение переобогащенной смеси при недостатке кислорода и умеренных температурах. Смешивание водоугольной суспензии с воздухом обеспечивает ее окисление и тем самым наиболее полное сжигание. С помощью воздуха происходит распыливание топлива и его полное сгорание завершается на более удаленных от выходного сечения расстояниях.The high intensity of turbulence and active recirculation, which are achieved during the operation of the proposed installation, are due to significant gradients in the velocities of the flow formed by flows with different directions of air distribution, provide high-quality heating, reliable ignition and stable combustion of the re-enriched mixture with a lack of oxygen and moderate temperatures. Mixing a water-coal suspension with air ensures its oxidation and thereby the most complete combustion. With the help of air, fuel is atomized and its complete combustion is completed at distances farther from the outlet cross section.

Электронный коммутатор 18 определяет очередность включения и выключения компонентов системы, участвующих в процессе сжигания водоугольной суспензии.The electronic switch 18 determines the order of turning on and off the system components involved in the combustion process of the coal-water slurry.

Сначала по каналу 8 подается газ, который воспламеняется с помощью свечи зажигания 28 и трансформатора зажигания 10. Затем при малом расходе ВУС, которое обеспечивается регулятором 6, открывается нормально закрытый отсечной клапан 5, пройдя через нормально открытый клапан 4, ВУС попадает в камеру смешения 17. Одновременно с подачей ВУС электронный коммутатор 18 включает вентилятор 2 и воздух через перфорированную стенку 16 оказывается в камере смешения 17, и смесь воздуха и ВУС в распыленном виде охватывает пламя газа на выходе форсунки канала 8 и загорается. Количество подаваемого воздуха регулируется с помощью датчика давления 11 и регулятора расхода воздуха 15 и электронного коммутатора 18. После поджига ВУС электронный коммутатор 18 ступенчато увеличивает подачу ВУС и воздуха до необходимой температуры с помощью датчика контроля пламени 9. Одновременно воздух с помощью вентилятора 2 поступает в камеру смешения 17 и параллельно в воздуховод 19, а затем в горелку 1 и далее закручивается газовыми струями вокруг форсунки 29 и обеспечивает полное сжигание ВУС. После вывода установки на заданный режим работы подачу газа по каналу 8 прекращают.First, gas is supplied through channel 8, which is ignited with the aid of the spark plug 28 and ignition transformer 10. Then, at a low SCC flow rate provided by regulator 6, the normally closed shut-off valve 5 opens, passing through the normally open valve 4, the SCC enters the mixing chamber 17 . Simultaneously with the supply of the WCS, the electronic switch 18 turns on the fan 2 and the air through the perforated wall 16 is in the mixing chamber 17, and the mixture of air and the WCS in spray form covers the gas flame at the outlet of the nozzle of the channel 8 and lights up. The amount of air supplied is regulated using a pressure sensor 11 and an air flow regulator 15 and an electronic switch 18. After ignition of the WCS, the electronic switch 18 increases the flow of the WCS and air in steps to the required temperature using the flame control sensor 9. At the same time, air flows through the fan 2 into the chamber mixing 17 and in parallel into the duct 19, and then into the burner 1 and then twists with gas jets around the nozzle 29 and ensures complete combustion of the WCS. After the installation is set to the specified operating mode, the gas supply through channel 8 is stopped.

Такая организация горения обеспечивает двухстадийное сжигание топлива, полностью организованное в свободном пространстве без традиционных предтопков и форкамер. Указанные факторы повышают устойчивость горения при сжигании суспензии низкосортного угля и снижают содержание вредных веществ, в частности окислов азота, в отходящих газах.Such a combustion organization provides a two-stage combustion of fuel, completely organized in free space without traditional pre-furnaces and prechambers. These factors increase the stability of combustion when burning a suspension of low-grade coal and reduce the content of harmful substances, in particular nitrogen oxides, in the exhaust gases.

Выключение установки осуществляет электронный коммутатор 18 (или вручную), повторяя операции в обратном порядке. Сначала уменьшается давление и расход топлива с помощью датчика давления 7, регулятора расхода 6 и отсечного клапана 5. Одновременно уменьшается расход воздуха (регулятором 15) и давления (11). После уменьшения показаний датчика контроля пламени 9 выключается вентилятор 2 и закрывается нормально открытый клапан 4.The installation is turned off by the electronic switch 18 (or manually), repeating the operations in the reverse order. First, the pressure and fuel consumption are reduced using the pressure sensor 7, the flow regulator 6 and the shut-off valve 5. At the same time, the air flow (regulator 15) and pressure (11) are reduced. After decreasing the readings of the flame control sensor 9, the fan 2 turns off and the normally open valve 4 closes.

Техническим результатом предложенного изобретения является возможность эффективно сжигать водоугольную суспензию в разных количествах в зависимости от необходимости.The technical result of the proposed invention is the ability to effectively burn water-coal suspension in different quantities, depending on the need.

Claims

An apparatus for burning a water-coal slurry containing a nozzle with an air supply body with a central pipe, peripheral and internal shells installed behind the output section of the body with an annular gap, in which partitions are inclined to the axis of the body, and the peripheral shell is installed adjacent to the output section of the body and equipped with additional coaxial peripheral and internal shells and partitions, characterized in that the installation is additionally equipped with a fan for supplying enriched air oxygen with a viewing window and a flame control sensor, a regulator of the flow of water-carbon suspension and air, an electronic switch and a transformer, as well as a spark plug, a mixing chamber with a perforated wall and an air pressure sensor, two shut-off valves, while the installation is equipped with a central pipe a channel for supplying gas to the fuel to ignite a coal-water suspension.