RU2044956C1

RU2044956C1 - Burner

Info

Publication number: RU2044956C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Федорина; Олег Леонидович Суренко
Original assignee: Государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт "Укрэнергопроект"
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1995-09-27

Abstract

FIELD: power engineering; various fire engineering devices, such as furnaces of boiler plants. SUBSTANCE: exit edges of tubes 5 and 6 feeding air and air fuel mixture, as well as entrance edge of separating tube 9 are arranged in same plane; separating tube 9 has water-cooled jacket and lining slag whose length from entrance edge of separating tube 9 makes up 1-3 of its diameter. EFFECT: enlarged functional capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к пылеугольным топочным устройствам и может быть использовано в различных огнетехнических установках, например, в топках котлоагрегатов. The invention relates to pulverized coal combustion devices and can be used in various fire engineering installations, for example, in furnaces of boiler units.

Известно циклонное, расположенное наклонно устройство для сжигания мелкодисперсных топлив, которое содержит водоохлаждаемый цилиндрический корпус с пережимом на торце для создания высокоинтенсивного вихревого потока и с леткой для удаления шлака в жидком виде. На боковой стенке корпуса в одном продольном ряду размещены щелевые тангенциальные сопла вторичного дутья. На переднем торце установлено сопло ввода пылеугольной смеси [1]
Недостатком этого устройства является то, что оно весьма требовательно к качеству и стабильности характеристик топлива, наблюдаются случаи зашлаковки леток горизонтальных циклонов, что приводит к вынужденным остановкам котлоагрегатов, так как расшлаковка циклонных леток на ходу невозможна. Повышенное давление воздуха, подаваемого в циклонное устройство, приводит к перерасходу электроэнергии на привод дутьевых устройств, повышенным требованиям к герметичности обшивки и обеспечению плотности в местах подсоединения циклонов к камере охлаждения. Кроме того, следует отметить сложность изготовления и монтажа циклонов, а также высокую трудоемкость ремонтно-восстановительных работ, высокие требования к квалификации обслуживающего персонала. Из-за высоких тепловых напряжений объема и, соответственно, высокой температуры горения в циклонных устройствах наблюдается повышенное образование оксидов азота.Known cyclone located obliquely device for burning fine fuels, which contains a water-cooled cylindrical body with pinch at the end to create a high-intensity vortex flow and with a tap hole to remove slag in liquid form. On the side wall of the housing in one longitudinal row slotted tangential nozzles of the secondary blast are placed. At the front end there is a nozzle for introducing a pulverized coal mixture [1]
The disadvantage of this device is that it is very demanding on the quality and stability of the fuel characteristics, there are cases of slagging of the notches of horizontal cyclones, which leads to forced shutdowns of boiler units, since the decomposition of cyclone notches on the move is impossible. The increased pressure of the air supplied to the cyclone device leads to an excessive consumption of electric power to drive blowing devices, increased requirements for tightness of the casing and to ensure density at the points where the cyclones are connected to the cooling chamber. In addition, it should be noted the complexity of the manufacture and installation of cyclones, as well as the high complexity of repair and restoration work, high requirements for the qualification of staff. Due to the high thermal stresses of the volume and, correspondingly, the high combustion temperature in the cyclone devices, an increased formation of nitrogen oxides is observed.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее короб подачи воздуха для форсунки, к которому прикреплена внутренняя труба, улитку аэросмеси, канал аэросмеси, образованный внутренней трубой и трубой аэросмеси, двухпоточный короб вторичного воздуха, к разделительной перегородке которого крепится разделительная труба, которая совместно с трубой аэросмеси и внешней трубой формирует два потока воздуха, для регулирования расхода которых в соосных каналах установлены регистры [2]
Недостатком этого устройства является относительно низкое качество сжигания топлива. Это вызвано тем, что в вихревом потоке за счет центробежных сил крупные частицы топлива быстро покидают зону высоких температур и не успевают сгореть. Для обеспечения более полного сжигания обычно увеличивают коэффициент расхода топлива до 1,2-1,25, что приводит к повышению тепловых потерь с уходящими газами, создаются термодинамические условия для генерации оксидов азота. При таких условиях сера, находящаяся в угле в виде органической и колчеданной, выгорает и выбрасывается в атмосферу, что пагубно сказывается на окружающей среде. Вся зола топлива попадает в топку, при этом 15-30% уходит со шлаком, часть осаждается на теплообменных поверхностях, что приводит к их шлакованию, остальная покидает топочное пространство с дымовыми газами.The closest technical solution to the proposed one is a device containing an air supply duct for a nozzle to which an internal pipe, a coarse air mixture, an air mixture channel formed by an internal pipe and an air mixture pipe, and a two-flow secondary air box are attached to the separation wall of which the separation pipe is attached, which together with an aerosol mixture pipe and an external pipe forms two air flows, for the regulation of the flow of which registers are installed in the coaxial channels [2]
The disadvantage of this device is the relatively low quality of fuel combustion. This is due to the fact that in the vortex flow due to centrifugal forces, large fuel particles quickly leave the high temperature zone and do not have time to burn out. To ensure a more complete combustion, the fuel consumption coefficient is usually increased to 1.2-1.25, which leads to an increase in heat loss with flue gases, and thermodynamic conditions are created for the generation of nitrogen oxides. Under such conditions, sulfur, found in coal in the form of organic and pyritic, burns out and is released into the atmosphere, which adversely affects the environment. All fuel ash enters the furnace, with 15-30% leaving with slag, part is deposited on the heat exchange surfaces, which leads to their slagging, the rest leaves the furnace space with flue gases.

Цель изобретения повышение полноты сгорания топлива, снижение содержания оксидов азота, серы, снижение выноса твердых частиц за пределы топочного пространства. The purpose of the invention is to increase the completeness of fuel combustion, to reduce the content of nitrogen oxides, sulfur, and to reduce the removal of solid particles outside the combustion space.

Цель достигается тем, что в горелке, содержащей разделенный перегородкой короб с соосно установленными трубами, образующими кольцевые каналы для подачи аэросмеси, двух регулируемых потоков вторичного воздуха и канал подачи воздуха для форсунки, разделительная труба выполнена водоохлаждаемой с гарниссажной футеровкой длиной 1-3 ее диаметра от среза канала подачи аэросмеси. The goal is achieved in that in a burner containing a partitioned duct box with coaxially mounted pipes forming annular channels for supplying an air mixture, two adjustable secondary air flows and an air supply channel for the nozzle, the separation pipe is made water-cooled with a garrison lining 1-3 of its diameter from slice feed channel of the mixture.

Разделительная труба позволяет создать интенсивное вихревое движение топливно-воздушной смеси с механическим разделением зон газификации и зажигания, увеличить время пребывания крупных угольных частиц в зоне высоких температур. В зону газификации подается топливно-воздушная смесь с недостатком воздуха, в результате чего подавляется генерация "топливных" оксидов азота. Кроме того, в соответствии с термодинамическими расчетами реакция FeO + 0,5S₂

FeS + 0,5O₂ при этих условиях находится в близком к равновесию состоянии, поэтому колчеданная сера переходит в шлак. (В Донецких углях доля колчеданной серы составляет 50-70% ). В процессе горения топлива частички жидкого шлака сепарируются на стенках камеры с гарниссажной футеровкой и стекают за счет наклона ее к горизонтальной плоскости в топку непрерывной струей, в результате чего резко снижается количество золы в топочном пространстве, что уменьшает шлакование теплообменных поверхностей и снижает нагрузку на пылеулавливающих устройствах. Предварительная газификация позволяет осуществлять процесс сжигания угольной пыли при коэффициенте расхода воздуха в топке α 1,05-1,1 что уменьшает тепловые потери с уходящими газами и способствует снижению выбросов оксидов азота в атмосферу.The separation pipe allows you to create intense vortex motion of the fuel-air mixture with the mechanical separation of gasification and ignition zones, to increase the residence time of large coal particles in the high temperature zone. A gas-air mixture with a lack of air is fed into the gasification zone, as a result of which the generation of “fuel” nitrogen oxides is suppressed. In addition, in accordance with thermodynamic calculations, the reaction FeO + 0.5S ₂

FeS + 0.5O ₂ under these conditions is in a state close to equilibrium, so pyrite sulfur goes into slag. (In Donetsk coals, the proportion of pyrite sulfur is 50-70%). In the process of fuel combustion, particles of liquid slag are separated on the walls of the chamber with a skull lining and flow down by tilting it to a horizontal plane into the furnace with a continuous stream, resulting in a sharp decrease in the amount of ash in the furnace space, which reduces the slagging of heat-exchange surfaces and reduces the load on dust collecting devices . Pre-gasification allows the process of burning coal dust with a coefficient of air flow in the furnace α 1,05-1,1 which reduces heat loss with flue gases and helps to reduce emissions of nitrogen oxides into the atmosphere.

На фиг. 1 представлена горелка, продольный разрез; на фиг.2 вид на горелку со стороны улитки. In FIG. 1 shows a burner, a longitudinal section; figure 2 view of the burner from the side of the cochlea.

Горелка содержит короб 1 для подачи воздуха для форсунки 2, к передней стенке которого прикреплена труба 3 для установки электрогазового запальника, улитку аэросмеси 4, канал аэросмеси, образованный внутренней трубой 5 и трубой аэросмеси 6, двухпоточный короб вторичного воздуха 7, к перегородке 8 которого крепится водоохлаждаемая разделительная труба 9 с патрубками подвода и отвода охлаждаемой воды 10 и 11, которая совместно с трубой аэросмеси и внешней трубой 12 формирует два, регулируемых регистрами 13 и 14, потока воздуха. Для подвода газа рециркуляции во внешней трубе поток вторичного воздуха на двухпоточном коробе установлен патрубок 15. The burner contains a box 1 for supplying air for the nozzle 2, to the front wall of which a pipe 3 for installing an electric-gas igniter is attached, a snail of the air mixture 4, an air mixture channel formed by the inner pipe 5 and the air mixture pipe 6, a two-flow secondary air box 7, to which is attached to the partition 8 water-cooled dividing pipe 9 with nozzles for supplying and discharging cooled water 10 and 11, which together with the air mixture mixture and the outer pipe 12 forms two, regulated by registers 13 and 14, air flows. To supply the recirculation gas in the outer pipe, the secondary air stream on the two-flow duct has a pipe 15.

Горелка работает следующим образом. The burner operates as follows.

Аэросмесь через улитку 4 поступает в канал, образованный внутренней трубой 5 и трубой аэросмеси 6 и далее в водоохлаждаемую трубу 9, подвод и отвод воды к которой осуществляется через патрубки 10 и 11. Туда же поступает вторичный воздух из полости короба 7, образованной его внешней стенкой и перегородкой 8 через регистр 13, предназначенный для создания крутки потока и регулирования его расхода. The aerosol mixture through the cochlea 4 enters the channel formed by the inner tube 5 and the aerosol mixture tube 6 and then into the water-cooled tube 9, the supply and removal of water to which is carried out through the nozzles 10 and 11. Secondary air from the cavity of the duct 7 formed by its outer wall also enters and a partition 8 through a register 13, designed to create a twist of the flow and regulate its flow.

Розжиг горелки осуществляется электрогазовым запальником, помещенным в трубу 3. При применении низкокалорийного топлива предусмотрена подача газа или мазута для подсветки через форсунку 2, устанавливаемую в коробе 1 для подачи воздуха к форсунке. Ignition of the burner is carried out by an electric-gas igniter placed in the pipe 3. When using low-calorific fuel, gas or fuel oil is provided for illumination through the nozzle 2, which is installed in the duct 1 for supplying air to the nozzle.

В водоохлаждаемой трубе 9 топливно-воздушная смесь сжигается в вихревом потоке с недостатком воздуха. Расплавленный шлак за счет центробежных сил оседает на гарниссажной футеровке и стекает в топку за счет наклона горелки к плоскости горизонта, при этом колчеданная сера переходит в шлак. Сжигание пылеугольной смеси с недостатком воздуха подавляет генерацию "топливных" оксидов азота. In the water-cooled pipe 9, the air-fuel mixture is burned in a vortex stream with a lack of air. Due to centrifugal forces, molten slag settles on the skull lining and flows into the furnace due to the inclination of the burner to the horizon plane, while pyrite sulfur goes into slag. Burning a pulverized coal mixture with a lack of air suppresses the generation of “fuel” nitrogen oxides.

Дожигание продуктов неполного горения топлива осуществляется в топке котлоагрегата в воздухе, подаваемом по внешнему каналу, образованному водоохлаждаемым цилиндром и внешней трубой 12. Для регулирования расхода и крутки воздуха в канале установлен регистр 14. Для снижения образования термических оксидов азота в этот канал предусмотрена подача газа рециркуляции через патрубок 15. The afterburning of products of incomplete combustion of fuel is carried out in the furnace of the boiler in the air supplied through an external channel formed by a water-cooled cylinder and an external pipe 12. To regulate the flow and twist of air in the channel, register 14 is installed. To reduce the formation of thermal nitrogen oxides, recirculation gas is supplied to this channel through pipe 15.

Экспериментально установлено, что при длине водоохлаждаемой трубы менее одного диаметра, наблюдается высокий до 80% вынос несгоревшей угольной пыли в топку, что не позволяет достаточно эффективно снизить содержание оксидов серы и пыли в топке котла. It was experimentally established that when the length of the water-cooled pipe is less than one diameter, there is a high up to 80% removal of unburned coal dust into the furnace, which does not allow sufficiently to reduce the content of sulfur oxides and dust in the boiler furnace.

Увеличение длины до двух диаметров благоприятно сказывается на работе горелки (снижается содержание оксидов азота до 200 мг/м³ при коэффициенте расхода воздуха равном 0,6). Унос снижается до 9%
Увеличение длины до трех диаметров снижает унос до 7% но повышается съем тепла водой при охлаждении цилиндра. Содержание оксидов серы остается практически одинаковым.An increase in length to two diameters favorably affects the operation of the burner (the content of nitrogen oxides decreases to 200 mg / m ³ with an air flow coefficient of 0.6). Ablation is reduced to 9%
An increase in length to three diameters reduces ablation to 7% but increases heat removal by water when the cylinder is cooled. The content of sulfur oxides remains almost the same.

Дальнейшее удлинение водоохлаждаемой трубы практически не сказывается на величине уноса, а содержание оксида азота и серы повышается за счет того, что процесс сжигания приходится вести с большим коэффициентом расхода воздуха для компенсации потерь тепла с охлаждающей водой. Further lengthening of the water-cooled pipe has practically no effect on the amount of ablation, and the content of nitric oxide and sulfur increases due to the fact that the combustion process has to be carried out with a large coefficient of air flow to compensate for heat loss with cooling water.

Таким образом, в данной горелке снижается количество оксидов азота и серы. Уменьшается шлакование теплообменных поверхностей, уменьшается вынос твердых частиц за пределы топочного устройства за счет улавливания их в камере 9. Наличие раскаленной гарниссажной футеровки обеспечивает острый прогрев и раннее воспламенение аэросмеси. Повышается полнота сгорания топлива. Thus, the amount of nitrogen and sulfur oxides in this burner is reduced. The slagging of heat-exchange surfaces is reduced, the removal of solid particles outside the combustion device due to their trapping in the chamber 9 is reduced. The presence of a hot skull lining provides acute heating and early ignition of the mixture. The completeness of fuel combustion increases.

Ожидаемый экономический эффект от использования предлагаемой горелки за счет снижения экологического ущерба природе для условий Зуевской ГРЭС-2 "Донбассэнерго" (4 блока по 300 МВт) составит Э 37593 ˙ 0,2 ˙ 150+ 17430 ˙ 0,4 ˙ 3003,2 млн. руб. (в ценах 1990 г.), где 37593 и 17470 т годовой выброс соответственно SO₂ и NO_x Зуевской ГРЭС-2 (по данным ПЭО "Донбассэнерго"); 0,2 и 0,4 доля снижения выбросов SO₂ и NO_x соответственно; 150 и 300 руб./т стоимость ущерба от выбросов SO₂ и NО_x соответственно.The expected economic effect of using the proposed burner by reducing environmental damage to nature for the conditions of Zuevskaya TPP-2 Donbassenergo (4 blocks of 300 MW each) will be E 37593 Э 0.2 ˙ 150+ 17430 ˙ 0.4 ˙ 3003.2 million. rub. (in 1990 prices), where 37593 and 17470 tons of annual emissions of SO ₂ and NO _x, respectively, of Zuevskaya TPP-2 (according to the data of the Donbassenergo PEO); 0.2 and 0.4 share of reduction of emissions of SO ₂ and NO _x, respectively; 150 and 300 rubles / t cost of damage from emissions of SO ₂ and NO _x, respectively.

Claims

A BURNER containing an air supply duct, coaxially placed air supply pipes and air mixtures, the last of which is equipped with a snail swirl, a separation pipe installed in the box with the formation of two annular air channels equipped with registers, an axial fuel oil nozzle, characterized in that the outlet sections of the pipes air supply and air mixtures, as well as the inlet section of the separation pipe are located in the same plane, while the separation pipe is equipped with a water-cooled jacket and a skull lining, length and wherein the input cutoff of the separation tube is 1 3 of its diameter.