RU2053440C1

RU2053440C1 - Solid fuel combustion furnace

Info

Publication number: RU2053440C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Чамин; Ф.З. Финкер; С.С. Куперштейн
Original assignee: Чамин Владимир Анатольевич
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1996-01-27

Abstract

FIELD: thermal power stations. SUBSTANCE: solid fuel combustion furnace has grate-fired combustion chamber 1 with chute for discharging residues of combustion 5 and prismatic after burner 6 with bottom-blast nozzle 7 in mouth of combustion chamber hopper 8; grate-fired combustion chamber 1 communicates with after burner 6 through port 6 for outlet of furnace gases 9. Grate-fired chamber 1 is mounted above bottom-blast nozzle 7 so that chute for discharging residue of combustion 5 is combined with port for outlet of furnace gases 9; it is placed between mouth of combustion chamber hopper 8 and bottom-blast nozzle 7. The latter is provided with control gate 10. EFFECT: provision for burning highly humidified solid fuels. 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях при сжигании высоковлажного твердого топлива. The invention relates to energy and can be used in thermal power plants when burning high moisture solid fuel.

Известна топка для сжигания древесных отходов, содержащая камеру слоевого горения, снабженную воздуховодом, наклонной колосниковой решеткой и фестонированной перегородкой, разделяющей камеру слоевого горения с камерой дожигания, снабженной соплом для подвода воздуха. Known furnace for burning wood waste, containing a layer combustion chamber equipped with an air duct, an inclined grate and a festooned partition separating the layer combustion chamber with an afterburner equipped with an air supply nozzle.

Топливо подается в камеру слоевого горения на колосниковую решетку, под которую подводится первичный воздух и движется в виде насыпного слоя на решетке до полного его выгорания. Фестированная перегородка препятствует попаданию топлива в камеру дожигания. Топочные газы, полученные при горении топлива, представляющие собой смесь продуктов полного горения и газификации топлива, направляются через фестонированную перегородку в камеру дожигания, где происходит догорание топлива в потоке вторичного воздуха, подаваемого через сопло. Fuel is fed into the layer combustion chamber on the grate, under which primary air is supplied and moves in the form of a bulk layer on the grate until it burns out completely. The festival baffle prevents fuel from entering the afterburner. The flue gases obtained during the combustion of fuel, which are a mixture of products of complete combustion and gasification of fuel, are directed through a festooned baffle to the afterburner, where the fuel burns out in a stream of secondary air supplied through the nozzle.

Отличительной особенностью слоевых процессов является устойчивое воспламенение топлива в слое, обусловленное отсутствием внешнего теплоотвода и созданием адиабатических условий горения топлива. Все выделенное тепло расходуется на сушку, газификацию и воспламенение вновь поступающего топлива. Последовательный процесс термической подготовки и горения частиц топлива целой части слоя, причем зона активного тепловыделения занимает значительную часть слоя, приводит к высокой стабильности процессов горения в слое независимо от колебаний рабочей влажности топлива. A distinctive feature of the layer processes is the stable ignition of the fuel in the layer, due to the absence of an external heat sink and the creation of adiabatic combustion conditions of the fuel. All the heat released is spent on drying, gasification and ignition of the newly incoming fuel. The sequential process of thermal preparation and combustion of fuel particles of the whole part of the layer, and the zone of active heat generation occupies a significant part of the layer, leads to high stability of the combustion processes in the layer regardless of fluctuations in the working humidity of the fuel.

Недостатком указанной топки является невысокая производительность из-за ограничения скорости горения крупных кусков топлива. Это обусловлено недостаточным подводом окислителя к поверхности реагирования частицы. Это отчетливо подтверждается сильной зависимостью скорости выгорания от интенсивности дутья. Дальнейшее же увеличение форсировки процесса увеличением потока первичного воздуха приводит к активной перестройке залегания частиц топлива в слое и к возрастающему выносу частиц из слоя, что приводит к тепловым потерям с уносом. The disadvantage of this furnace is low productivity due to the limitation of the burning rate of large pieces of fuel. This is due to insufficient supply of the oxidizing agent to the reaction surface of the particle. This is clearly confirmed by the strong dependence of the burnup rate on the intensity of the blast. A further increase in the forcing of the process by an increase in the flow of primary air leads to an active rearrangement of the bed of fuel particles in the layer and to an increasing removal of particles from the layer, which leads to heat loss with entrainment.

Наиболее близкой к предлагаемой топке для сжигания твердого топлива является топка, содержащая камеру слоевого горения, снабженную патрубком для ввода топлива воздуховодом, колосниковой решеткой, течкой для вывода очаговых остатков, и призматическую камеру дожигания с соплом нижнего дутья в устье холодной воронки, соединяющим камеру слоевого горения с камерой дожигания окном для выхода топочных газов. Камера дожигания снабжена также дополнительными соплами вторичного воздуха, расположенными над соплом нижнего дутья направленными вниз навстречу направлению последнего. Топливо через патрубок для ввода топлива подается в камеру слоевого горения на колосниковую решетку, под которую воздуховодом подводится первичный воздух со скоростью, обеспечивающей псевдоожижения слоя топлива. В камере слоевого горения происходит газификация и частичное выгорание топлива, а продукты газификации и горения вместе с мелкими частицами выносятся через окно для выхода топочных газов в камеру дожигания, где догорают в потоке вторичного воздуха, подаваемого через сопло нижнего дутья и дополнительные сопла вторичного воздуха. Шлак и другие негорючие включения удаляются из камеры слоевого горения через течку для вывода очаговых остатков. Closest to the proposed furnace for burning solid fuel is a furnace containing a layered combustion chamber equipped with a pipe for introducing fuel through an air duct, a grate, a grate for removing focal residues, and a prismatic afterburner with a lower blast nozzle at the mouth of the cold funnel connecting the layered combustion chamber with afterburner for flue gas exit. The afterburner is also equipped with additional secondary air nozzles located above the lower blast nozzle directed downward towards the direction of the latter. Fuel is supplied through a pipe for fuel injection to a layer-burning chamber on a grate, under which primary air is supplied with an air duct at a speed that ensures fluidization of the fuel layer. Gasification and partial burning of fuel occurs in the layer-burning chamber, and gasification and combustion products, together with small particles, are carried out through the window for the exit of flue gases to the afterburner, where they burn out in the secondary air stream supplied through the lower blast nozzle and additional secondary air nozzles. Slag and other non-combustible inclusions are removed from the combustion chamber through the estrus to remove focal residues.

При сжигании топлива в кипящем слое интенсивность процессов горения значительно повышается, что приводит к высокой производительности топок с кипящим слоем. Форсировка первичным воздухом слоя топлива до состояния псевдоожижения интенсифицирует подвод окислителя к горящей частице и повышает интенсивность тепло- и массообменных процессов. Турбулентное перемешивание частиц топлива в кипящем слое обеспечивает быстрый прогрев вновь поступающего топлива, а сопровождающееся соударение между частицами приводит к разрушению и размельчению горящих частиц, увеличивая тем самым удельную поверхность реагирования. Все это повышает скорость горения крупных частиц топлива, являющихся ограничителем повышения производительности топок для сжигания дробленого твердого топлива. When burning fuel in a fluidized bed, the intensity of the combustion process increases significantly, which leads to high productivity of the fluidized bed furnaces. Forcing the fuel layer with primary air to the state of fluidization intensifies the oxidant supply to the burning particle and increases the intensity of heat and mass transfer processes. Turbulent mixing of fuel particles in a fluidized bed provides rapid heating of the newly incoming fuel, and the accompanying collision between the particles leads to the destruction and grinding of burning particles, thereby increasing the specific reaction surface. All this increases the burning rate of large fuel particles, which are a limiter to increasing the productivity of furnaces for burning crushed solid fuel.

Однако, тенденция ухудшения качества топлива, в частности повышение рабочей влажности исходного топлива, связанное с индустриализацией способов добычи и истощением месторождений, приводит к снижению производительности топок и эффективности сжигания топлива при снижении стабильности его воспламенения. При подаче в топку топлива с рабочей влажностью, превышающей расчетную, происходит снижение температурного уровня в камере слоевого горения за счет затраты тепла на испарение дополнительно введенной влаги. В условиях многократной циркуляции и турбулентного перемешивания сырого топлива и горящих частиц происходит взаимное влияние процессов нагрева и сушки сырого топлива, физического подвода и химического реагирования окислителя для уже горящих частиц. Снижение температурного уровня в камере слоевого горения увеличивает время прогрева и сушки частиц, что ведет к увеличению количества топлива в кипящем слое. С другой стороны, скорость реакции горения находится в экспоненциальной зависимости от температуры сред, причем уменьшение парциального давления кислорода в газовой среде за счет увеличения доли водяных паров усугубляет проблемы физического контакта окислителя с горючим. Увеличение же количества топлива в псевдоожиженном слое требует увеличения скорости псевдоожижения, а значит, и расхода первичного воздуха, что еще более ведет к снижению температуры среды в слое. Таким образом, повышение влажности подаваемого топлива приводит к снижению температуры в кипящем слое, затягиванию процесса сушки и снижению скорости горения топлива, а значит, и к уменьшению производительности топки в целом. Более того, увеличение времени выхода летучих и турбулентное перемешивание их с продуктами сушки на фоне снижения температуры процесса приводит к неустойчивому воспламенению топлива и появлению пульсаций в камере горения. При резком увеличении исходной влажности топлива, которое имеет место в практике, возможны погасание процесса горения и аварийный останов топочной установки. However, the trend of deterioration in fuel quality, in particular, an increase in the operating humidity of the initial fuel, associated with the industrialization of production methods and depletion of deposits, leads to a decrease in the productivity of furnaces and the efficiency of fuel combustion while reducing the stability of its ignition. When fuel with a working humidity exceeding the calculated humidity is supplied to the furnace, the temperature level in the layer combustion chamber decreases due to the heat consumption for evaporation of additionally introduced moisture. Under conditions of multiple circulation and turbulent mixing of crude fuel and burning particles, there is a mutual influence of the processes of heating and drying of raw fuel, physical supply and chemical reaction of an oxidizing agent for already burning particles. A decrease in the temperature level in the layer combustion chamber increases the time of heating and drying of the particles, which leads to an increase in the amount of fuel in the fluidized bed. On the other hand, the rate of the combustion reaction is exponentially dependent on the temperature of the media, and a decrease in the partial pressure of oxygen in the gaseous medium due to an increase in the proportion of water vapor exacerbates the problems of physical contact of the oxidizer with the fuel. An increase in the amount of fuel in the fluidized bed requires an increase in the rate of fluidization, and hence the consumption of primary air, which further leads to a decrease in the temperature of the medium in the bed. Thus, an increase in the humidity of the supplied fuel leads to a decrease in the temperature in the fluidized bed, a delay in the drying process and a decrease in the rate of combustion of the fuel, which means a decrease in the productivity of the furnace as a whole. Moreover, an increase in the exit time of volatile and turbulent mixing with drying products against a background of a decrease in the process temperature leads to unstable ignition of the fuel and the appearance of pulsations in the combustion chamber. With a sharp increase in the initial moisture content of the fuel, which takes place in practice, the extinction of the combustion process and an emergency stop of the furnace installation are possible.

Кроме того, процесс сжигания топлива в кипящем слое требует строго выдержанного фракционного состава, что предполагает громоздкую систему топливоприготовления с отделением инородных и негорючих включений. Это в значительной степени повышает издержки и за счет расхода э/э на собственные нужды снижает экономичность в энергетическом использовании топлива. In addition, the process of burning fuel in a fluidized bed requires a strictly seasoned fractional composition, which involves a cumbersome fuel preparation system with the separation of foreign and non-combustible inclusions. This significantly increases costs and, due to the consumption of electric power for own needs, reduces the efficiency in energy use of fuel.

Целью предлагаемого изобретения является повышение устойчивости воспламенения, экономичности и эффективности сжигания немолотого высоковлажного твердого топлива путем предварительной сушки, газификации и воспламенения топлива в камере слоевого горения с последующим вовлечением его в многократную циркуляцию в камере дожигания. The aim of the invention is to increase the stability of ignition, the economy and efficiency of burning non-ground high-moisture solid fuel by pre-drying, gasification and ignition of the fuel in the layer combustion chamber with its subsequent involvement in multiple circulation in the afterburner.

Поставленная цель достигается тем, что в известной топке для сжигания твердого топлива, содержащей камеру слоевого горения, снабженной патрубком для ввода топлива, воздуховодом, колосниковой решеткой с течкой для вывода очаговых остатков, и призматическую камеру дожигания с соплом нижнего дутья в устье холодной воронки, соединяющем камеру слоевого горения с камерой дожигания окном для выхода топочных газов, камера слоевого горения расположена над соплом нижнего дутья так, что течка для вывода очаговых остатков совмещена с окном для выхода топочных газов и расположена между устьем холодной воронки и соплом нижнего дутья, снабженного шибером. This goal is achieved by the fact that in the known furnace for burning solid fuel containing a layered combustion chamber, equipped with a nozzle for introducing fuel, an air duct, a grate with a heat for removing focal residues, and a prismatic afterburner with a lower blast nozzle at the mouth of a cold funnel connecting a layer combustion chamber with an afterburner chamber for the exit of flue gases, a layer combustion chamber is located above the lower blast nozzle so that the estrus for outputting focal residues is combined with the exit window ode to the flue gases and is located between the mouth of the cold funnel and the nozzle of the lower blast equipped with a gate.

В результате проведенного патентного поиска авторами не обнаружено технических решений, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с совокупностью признаков предлагаемого устройства, что позволяет делать вывод о соответствии последнего критерию "новизна". As a result of a patent search, the authors did not find technical solutions, the combination of essential features of which would coincide with the combination of features of the proposed device, which allows us to conclude that the latter meets the criterion of "novelty."

Кроме того, ни в патентной, ни в научно-технической литературе не обнаружено технических решений, в которых свойства признаков этих технических решений совпадали бы со свойствами отличительных признаков предлагаемого устройства. Это говорит о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенное отличие". In addition, neither in the patent nor in the scientific and technical literature found technical solutions in which the properties of the features of these technical solutions would coincide with the properties of the distinguishing features of the proposed device. This suggests that the claimed technical solution meets the criterion of "significant difference".

На чертеже показана топка для сжигания твердого топлива, поперечный разрез. The drawing shows a furnace for burning solid fuel, a cross section.

Топка содержит камеру слоевого горения 1, снабженную патрубком для ввода топлива 2, воздуховодом 3, колосниковой решеткой 4 и течкой для ввода очаговых остатков 5. Призматическая камера дожигания 6 с соплом нижнего дутья 7 в устье холодной воронки 8 соединяется с камерой слоевого горения 1 окном для выхода топочных газов 9. Камера слоевого горения 1 расположена над соплом нижнего дутья 7 так, что течка для вывода очаговых остатков 5 совмещена с окном для выхода топочных газов 9 и расположена между устьем холодной воронки 8 и соплом нижнего дутья 7, которое снабжено регулирующим шибером 10 и направлено вдоль заднего ската 11 камеры дожигания 6. На задней стене 12 камеры дожигания 6 расположены сопла вторичного дутья 13, направленные вниз под острым углом в направлении, противоположном направлению сопла нижнего дутья 7. Напротив сопл 13 на фронтовой стене 14 расположено окно для выхода топочных газов 15, размещенное над фронтовым скатом 16, являющимся верхней образующей окна для выхода газов 9. The furnace contains a layer combustion chamber 1, equipped with a pipe for introducing fuel 2, an air duct 3, a grate 4 and a heat to enter focal residues 5. The prismatic afterburning chamber 6 with a lower blast nozzle 7 at the mouth of a cold funnel 8 is connected to the layer burning chamber 1 by a window for exit of flue gases 9. The chamber of layer combustion 1 is located above the nozzle of the lower blast 7 so that the estrus for outputting focal residues 5 is aligned with the window for the exit of flue gases 9 and is located between the mouth of the cold funnel 8 and the nozzle of the lower blast 7, The second one is equipped with a regulating gate 10 and is directed along the rear slope 11 of the afterburning chamber 6. On the rear wall 12 of the afterburning chamber 6 there are secondary blast nozzles 13 directed downward at an acute angle in the opposite direction to the lower blast nozzle 7. Opposite the nozzles 13 on the front wall 14 there is a window for the exit of flue gases 15, located above the front slope 16, which is the upper generatrix of the window for the exit of gases 9.

Топка для сжигания твердого топлива работает следующим образом. A furnace for burning solid fuel works as follows.

Исходное немолотое высоковлажное топливо, в частности древесные отходы или бурые угли рядового фракционного состава с максимальным размером частиц δ_max 100 мм, подается в камеру слоевого горения 1 через патрубок для ввода топлива 2 на колосниковую решетку 4, которая представляет собой движущееся колосниковое полотно от места ввода топлива 2 до течки для вывода очаговых остатков 5. Топливо под действием силы тяжести падает на колосниковую решетку 4 в виде насыпного слоя и движется по ней к течке для вывода очаговых остатков 5. Для обеспечения процесса горения в камере 1 в слой подают воздух с помощью воздуховода 3. По мере прохождения топлива на решетке 4 в камере горения происходят последовательно процессы сушки, газификации и воспламенения топлива. Причем на выходе из камеры горения 1 в течку для вывода очаговых остатков 5 поступают уже воспламененные частицы топлива, в том числе и самые крупные. Расположение течки для вывода очаговых остатков 5 под соплом нижнего дутья 7 позволяет с помощью потока вторичного воздуха нижнего дутья вовлечь все топливо, поступающее из камеры слоевого горения 1, в многократную циркуляцию в призматической камере дожигания 6, где происходит его выгорание в потоке вторичного воздуха во взвешенном состоянии. Камера дожигания 6, выполненная призматической с верхним выходом топочных газов, позволяет осуществить многократную циркуляцию частиц топлива таким образом, что по мере движения восходящего потока воздуха нижнего дутья с высокой начальной скоростью происходит расширение струи потока и падение в нем скорости газа. При этом частицы топлива, скорость витания которых становится меньше скорости газа в струе, выпадают из потока на задний скат 11 и под действием силы тяжести сползают по нему навстречу восходящему потоку нижнего дутья до момента равновесия силы тяжести частицы и силы аэродинамического сопротивления набегающего потока газа. По мере выгорания и уменьшения массы таких частиц происходит дальнейшая транспортировка их вместе с мелкими частицами восходящим потоком газов вдоль ската 11 и задней стены 12. Для сепарации мелких частиц топлива в объем камеры дожигания 6 и предотвращения потери топлива с уносом на задней стене 12 располагают сопла вторичного дутья 13, направленные под острым углом вниз. Причем в восходящем потоке нижнего дутья по мере выгорания топлива сильно уменьшается концентрация ккслорода, что снижает скорость горения. Острое же дутье вторичного воздуха из сопл 13, осуществляя сепарацию частиц топлива, повышает скорость выгорания мелочи. У фронтовой стены 14 камеры дожигания 6 происходит разворот потока топочных газов, из которого сепарируются недогоревшие частицы топлива на фронтовой скат 16. Скатываясь по скату 16, частицы топлива вновь подхватываются потоком нижнего дутья и совершают таким образом многократную циркуляцию.The original non-ground high-moisture fuel, in particular wood waste or brown coals of ordinary fractional composition with a maximum particle size of δ _max 100 mm, is fed into the layer combustion chamber 1 through the fuel inlet 2 to the grate 4, which is a moving grate from the entry point fuel 2 to estrus to remove focal residues 5. Fuel under the action of gravity falls onto the grate 4 in the form of a bulk layer and moves along it to estrus to remove focal residues 5. To ensure otsessa combustion chamber 1, air is fed into the bed via a duct 3. As the fuel passage on the grating 4 in the combustion chamber taking place successively drying, gasification and ignition of the fuel. Moreover, at the exit from the combustion chamber 1 into estrus for the withdrawal of focal residues 5, already ignited fuel particles, including the largest ones, enter. The location of the estrus for the withdrawal of focal residues 5 under the nozzle of the lower blast 7 makes it possible to draw all the fuel coming from the layer combustion chamber 1 into the multiple circulation in the prismatic afterburning chamber 6, where it burns out in the stream of secondary air in suspended condition. The afterburning chamber 6, made prismatic with an upper exit of flue gases, allows multiple circulation of fuel particles in such a way that, as the bottom air moves upward at a high initial velocity, the jet of gas expands and the gas velocity drops in it. In this case, the fuel particles, the speed of which becomes less than the gas velocity in the jet, fall out of the flow onto the rear ramp 11 and, under the action of gravity, slide along it towards the upward flow of the lower blast until the particle is in gravity and the aerodynamic drag of the incoming gas flow. As these particles burn out and decrease in mass, they are further transported together with small particles with an upward flow of gases along the ramp 11 and the rear wall 12. To separate small fuel particles into the volume of the afterburning chamber 6 and to prevent loss of fuel with entrainment, secondary nozzles are located on the rear wall 12 blast 13 directed at an acute angle downward. Moreover, in the upward flow of the lower blast, as the fuel burns out, the concentration of oxygen is greatly reduced, which reduces the burning rate. The sharp blasting of secondary air from nozzles 13, separating the fuel particles, increases the rate of burnout of the little things. At the front wall 14 of the afterburning chamber 6, a turn of the flue gas stream takes place, from which unburned fuel particles are separated on the front ramp 16. Rolling along the ramp 16, the fuel particles are again picked up by the lower blast stream and thus perform multiple circulation.

Инородные включения в исходном топливе, не претерпевающие измельчения в процессе термической подготовки в слое, и удельный вес которых превышает вес крупных частиц топлива, прошедших термическую подготовку, не отвеиваются потоком нижнего дутья, пересекая этот поток, выпадают из камеры дожигания 6. Foreign inclusions in the initial fuel, which do not undergo grinding during thermal preparation in the layer, and whose specific gravity exceeds the weight of large fuel particles that have undergone thermal preparation, do not fall off the lower blast stream, crossing this stream, drop out of the afterburner 6.

Термические напряжения и растрескивание поверхности частицы в процессе подготовки топлива в слое способствуют разрушению и активному подводу окислителя к поверхности реагирования в процессе горения топлива в камере дожигания 6. Адиабатические условия сушки и газификации топлива в слое, а также сжигание термически подготовленного топлива в псеввдоожиженном состоянии позволяют значительно повысить скорость прогрева топлива в слое и горения его в камере дожигания 6, а значит, и производительность топки в целом. Thermal stresses and cracking of the particle surface during the preparation of the fuel in the bed contribute to the destruction and active supply of the oxidizing agent to the reaction surface during the combustion of the fuel in the afterburner 6. The adiabatic conditions of drying and gasification of the fuel in the bed, as well as the burning of thermally prepared fuel in a fluidized state, can significantly to increase the heating rate of the fuel in the layer and burning it in the afterburner 6, and hence the productivity of the furnace as a whole.

Совмещение окна для выхода топочных газов 9 с течкой для вывода очаговых остатков 5 и расположение его между устьем холодной воронки 8 и соплом нижнего дутья 7 позволяют с помощью потока нижнего дутья турбулентно перемешать уносимую из слоя мелочь с горящими частицами топлива, поступающими из камеры слоевого горения 1 по течке вывода очаговых остатков 5, и вовлечь унос топлива из слоя в многократную циркуляцию в камере дожигания 6. Это в значительной степени уменьшает время прогрева и повышает эффективность выгорания уноса топлива. С другой стороны, такое совмещение окна 9 с течкой 5, позволяющее смешать поток уносимой мелочи из слоя с горячими крупными частицами топлива, за счет интенсивного выгорания уноса в потоке нижнего дутья дает возможность повысить температуру среды в камере дожигания 6 и значительно увеличить скорость выгорания в ней топлива. The combination of the window for the exit of the flue gases 9 with the estrus for the withdrawal of focal residues 5 and its location between the mouth of the cold funnel 8 and the nozzle of the lower blast 7 allow turbulent mixing of the fines carried away from the layer with burning fuel particles coming from the layer combustion chamber 1 using the lower blast flow along the estrus of withdrawal of focal residues 5, and involving fuel entrainment from the layer into multiple circulation in the afterburner 6. This significantly reduces the warm-up time and increases the efficiency of fuel entrainment burnout. On the other hand, such a combination of window 9 with estrus 5, which makes it possible to mix the flow of entrained fines from the bed with hot large particles of fuel, due to the intensive burning of entrainment in the stream of lower blast, makes it possible to increase the temperature of the medium in the afterburner 6 and significantly increase the rate of burnout fuel.

Таким образом, создавая адиабатические условия для процессов предварительной термической подготовки топлива в слое при отсутствии внешнего теплообмена с целью обеспечения интенсивной сушки и устойчивого воспламенения высоковлажного топлива, его дожигание осуществляют затем в условиях интенсивного подвода окислителя к воспламененному топливу и активного внешнего теплообмена. Thus, creating adiabatic conditions for the processes of preliminary thermal preparation of fuel in the layer in the absence of external heat transfer in order to ensure intensive drying and stable ignition of high-moisture fuel, its afterburning is carried out under conditions of intensive supply of the oxidizer to the ignited fuel and active external heat transfer.

Однако, по интенсивности горения слоевой процесс ограничен подачей в слой потока окислителя, так как увеличение расхода первичного воздуха ограничивается устойчивостью слоя. Диффузионное сопротивление процесса горения в слое снижается путем форсировки слоя потоком первичного воздуха, "вымывая" из слоя мелкие частицы, увеличивая тем самым порозность слоя и расход окислителя через него. Формировка воздухом осуществляется до предела устойчивости слоя, чтобы предотвратить перемешивание холодных и горящих частиц топлива и сохранить тем самым зону устойчивого воспламенения и горения топлива в слое. However, in terms of combustion intensity, the layered process is limited by the supply of an oxidizing agent stream to the layer, since the increase in primary air consumption is limited by the stability of the layer. The diffusion resistance of the combustion process in the layer is reduced by forcing the layer with a stream of primary air, "washing out" small particles from the layer, thereby increasing the porosity of the layer and the flow rate of the oxidizing agent through it. Formation by air is carried out to the limit of stability of the layer in order to prevent mixing of cold and burning particles of fuel and thereby preserve the zone of stable ignition and combustion of fuel in the layer.

Согласно закону распределения влажности топлива по фракциям, унос из камеры слоевого горения 1 содержит незначительное содержание влаги, не влияющей существенно на время индукции. Следовательно, смешение потоков уноса и горящих частиц топлива, поступающих по течке вывода очаговых остатков 5, обеспечивает интенсивное воспламенение уноса, а повышение температуры среды вследствие этого увеличивает скорость выгорания крупных частиц топлива. According to the law of the distribution of fuel moisture by fractions, the entrainment from the layer-combustion chamber 1 contains an insignificant moisture content that does not significantly affect the induction time. Consequently, the mixing of entrainment flows and burning fuel particles flowing along the estrus stream of focal residues 5 provides an intense ignition of entrainment, and an increase in the temperature of the medium increases the burnup rate of large fuel particles.

Повышение устойчивости воспламенения, экономичности и эффективности сжигания немолотого высоковлажного топлива достигается взаимным влиянием потока первичного воздуха, подаваемого в слой, с потоком нижнего дутья, подаваемого через сопло 7, и регулированием процесса сжигания топлива между камерой слоевого горения 1 и камерой дожигания 6, которое осуществляется с помощью регулирующего шибера 10. Шибер 10 смонтирован так, что его ось смещена к одной продольной стене сопла и позволяет изменять сечение сопла по всей его длине. Improving the stability of ignition, economy and efficiency of burning non-ground high-moisture fuel is achieved by the mutual influence of the primary air stream supplied to the bed with the lower blast stream supplied through the nozzle 7 and the regulation of the fuel combustion process between the layer combustion chamber 1 and the afterburner 6, which is carried out with using the regulating gate 10. The gate 10 is mounted so that its axis is offset to one longitudinal wall of the nozzle and allows you to change the cross section of the nozzle along its entire length.

При подаче в камеру слоевого горения 1 высоковлажного топлива шибер 10 прикрывают, что приводит к перераспределению воздушных потоков, подаваемых в камеру слоевого горения 1 и камеру дожигания 6. Расход первичного воздуха в воздуховоде 3 увеличивается, а расход в сопле нижнего дутья 7 уменьшается, причем скорость потока в нем за счет уменьшения сечения сопла увеличивается. Это приводит к тому, что увеличение форсировки первичным воздухом повышает температуру в слое и интенсифицирует процессы сушки, газификации и горения в нем топлива. Устойчивость воспламенения высоковлажного топлива при этом сохраняется. Увеличение же скорости нижнего дутья позволяет отвеить повышенный при форсировке слоя унос мелких влажных частиц. Уменьшение расхода воздуха через сопло нижнего дутья 7 снижает избыток воздуха в камере дожигания 6 и повышает температуру процесса горения в ней. Таким образом, форсировка воздухом слоя топлива в камере слоевого горения 1 позволяет обеспечить устойчивое воспламенение высоковлажного немолотого топлива, а уменьшение избытков воздуха в камере дожигания 6 эффективное дожигание топлива в условиях повышенных температур среды. When a high-moisture fuel is supplied to the layer-burning chamber 1, the gate 10 is covered, which leads to a redistribution of the air flows supplied to the layer-burning chamber 1 and the afterburner 6. The primary air flow in the duct 3 increases, and the flow rate in the lower blast nozzle 7 decreases, and the speed the flow in it due to a decrease in the nozzle section increases. This leads to the fact that an increase in forcing with primary air raises the temperature in the layer and intensifies the processes of drying, gasification and combustion of fuel in it. The ignition stability of high moisture fuel is maintained. An increase in the velocity of the lower blast makes it possible to eliminate the increased entrainment of small wet particles during the forced layer. The decrease in air flow through the nozzle of the lower blast 7 reduces the excess air in the afterburner 6 and increases the temperature of the combustion process in it. Thus, the forcing of the fuel layer by air in the layer-combustion chamber 1 allows for stable ignition of high-moisture non-ground fuel, and the reduction of excess air in the afterburning chamber 6 efficient afterburning of the fuel at elevated ambient temperatures.

При подаче в камеру горения 1 сухого топлива, шибер 10 открывают. При этом расход воздуха через сопло нижнего дутья 7 увеличивается, а расход первичного воздуха через воздуховод 3 уменьшается. Так как потери тепла на испарение влаги в слое сильно уменьшаются, то устойчивое воспламенение топлива обеспечивается и при уменьшении форсировики слоя. Поэтому, обеспечив устойчивое воспламенение топлива в слое при малой форсировке, процесс основного тепловыделения переносят в камеру дожигания 6, где в этом случае сжигают значительную часть топлива. При этом увеличение расхода воздуха через сопло нижнего дутья 7 обеспечивает материальный баланс процесса горения в камере дожигания 6. When applying dry fuel to the combustion chamber 1, the gate 10 is opened. In this case, the air flow through the nozzle of the lower blast 7 increases, and the flow of primary air through the duct 3 decreases. Since the heat loss due to evaporation of moisture in the layer is greatly reduced, stable ignition of the fuel is also provided with a decrease in the forced layer. Therefore, providing stable ignition of the fuel in the layer at low boost, the process of the main heat is transferred to the afterburner 6, where in this case a significant part of the fuel is burned. Moreover, the increase in air flow through the nozzle of the lower blast 7 provides a material balance of the combustion process in the afterburner 6.

В предлагаемой топке для сжигания твердого топлива колосниковая решетка 4, представляющая собой в рассмотренном случае подвижное колосниковое полотно, может быть выполнена в виде неподвижной наклонной решетки, а первичный воздух подаваться как под слой, так и на слой. В случае подачи воздуха на слой газовоздушный поток проходит через слой и направляется в окно для выхода топочных газов 9. In the proposed furnace for burning solid fuel, the grate 4, which in the considered case is a movable grate, can be made in the form of a fixed inclined grate, and primary air is supplied both under the layer and on the layer. In the case of air supply to the layer, the gas-air flow passes through the layer and is sent to the window for the exit of flue gases 9.

При горизонтальном расположении колосниковой решетки 4 для повышения эффективности топливоподготовки в слое в камере слоевого горения 1 на фронтовой стене 14, напротив сопл вторичного дутья 13, располагают окно для входа топочных газов 15, размещенное над фронтовым скатом 16. Расположение окна для выхода топочных газов 9 между устьем холодной воронки 8 и соплом нижнего дутья 7 позволяет за счет эжектирующего воздействия потока воздуха нижнего дутья создать разрежение в окне для выхода топочных газов 9. Поскольку разрежение в окне 9, создаваемое потоком воздуха нижнего дутья, выше разрежения в окне 15, обеспечивающееся высотой камеры дожигания 6, то поток топочных газов направлен из камеры дожигания 6 через окно 15 в камеру слоевого горения 1, а затем через окно 9 снова в камеру дожигания 6. Таким образом, наличие окна для входа топочных газов 15 позволяет организовать циркуляцию горячих топочных газов в камере слоевого горения 1, что в значительной степени повышает эффективность прогрева верхней зоны слоя топлива, находящегося на решетке 4. Расположение сопл вторичного дутья 13 напротив окна для входа топочных газов 15 позволяет обеспечить сепарацию мелких горящих частиц топлива из восходящего потока топочных газов в камеру слоевого горения 1. Сепарация же этих частиц на слой топлива интенсифицирует в нем процессы термической подготовки. With a horizontal arrangement of the grate 4 to increase the efficiency of fuel preparation in the layer in the combustion chamber 1 on the front wall 14, opposite the nozzles of the secondary blast 13, there is a window for the entrance of flue gases 15 located above the front ramp 16. The location of the window for the exit of flue gases 9 between the mouth of the cold funnel 8 and the nozzle of the lower blast 7 allows you to create a vacuum in the window for the exit of flue gases 9. Due to the ejection effect of the air flow of the lower blast, since the vacuum in the window 9 is created the air flow of the lower blast, above the vacuum in the window 15, which is ensured by the height of the afterburner 6, the flow of flue gases is directed from the afterburner 6 through the window 15 to the layer combustion chamber 1, and then through the window 9 again into the afterburner 6. Thus, the presence of windows for the entrance of flue gases 15 allows you to organize the circulation of hot flue gases in the layer combustion chamber 1, which greatly increases the efficiency of heating the upper zone of the fuel layer located on the grill 4. The location of the secondary blast nozzles 13 opposite windows for entry of the flue gas 15 enables the separation of fine particles from the burning fuel rising stream of flue gases in the fuel-bed combustion chamber 1. Separation of these same particles on the layer of fuel in it intensifies thermal treatment processes.

Итак, совмещение течки для вывода очаговых остатков 5 с окном для выхода топочных газов 9 и расположение ее между устьем холодной воронки 8 и соплом нижнего дутья 7, снабженной регулирующим шибером 10, позволяет в отличие от топки-прототипа
повысить устойчивость воспламенения и эффективность сжигания немолотого высоковлажного твердого топлива за счет предварительной подготовки топлива в камере слоевого горения 1, используя преимущества слоевого процесса: высокоэффективные тепло- и массообменные процессы, высокую адиабатность и стабильность воспламенения с последующим вовлечением всего топлива в многократную циркуляцию в камере дожигания 6, интенсивный подвод вторичного воздуха в которую значительно повышает скорость выгорания топлива;
повысить интенсивность термических процессов в камере слоевого горения 1 за счет формировки первичным воздухом слоя топлива, осуществить смешение потоков уносимой из слоя мелочи с горящими частицами топлива, поступающих из слоя по течке для вывода очаговых остатков 5, и обеспечить взаимное положительное влияние их на эффективность сгорания топлива в камере дожигания 6;
повысить производительность топки при сжигании высоковлажного топлива в широком диапазоне колебания исходной влажности за счет перераспределения потоков воздуха между первичным воздухом, подаваемом в камеру слоевого горения 1, и вторичным воздухом нижнего дутья камеры дожигания 6, осуществляемом с помощью шибера 10, установленного в сопле нижнего дутья 7.So, combining estrus for the withdrawal of focal residues 5 with a window for the exit of flue gases 9 and its location between the mouth of the cold funnel 8 and the nozzle of the lower blast 7, equipped with a regulating gate 10, allows, in contrast to the furnace prototype
to increase the stability of ignition and the combustion efficiency of non-ground high-moisture solid fuel due to the preliminary preparation of the fuel in the layer combustion chamber 1, using the advantages of the layer process: highly efficient heat and mass transfer processes, high adiabaticity and stability of ignition with the subsequent involvement of all fuel in multiple circulation in the afterburner 6 intensive supply of secondary air into which significantly increases the rate of fuel burnout;
to increase the intensity of thermal processes in the layer-by-layer combustion chamber 1 due to the formation of the fuel layer by primary air, to carry out the mixing of fines carried away from the layer with burning fuel particles coming from the layer along the flow to remove focal residues 5, and to ensure their mutual positive effect on the fuel combustion efficiency in the afterburner 6;
to increase the productivity of the furnace when burning high-moisture fuel in a wide range of initial humidity fluctuations due to the redistribution of air flows between the primary air supplied to the layer combustion chamber 1 and the secondary air of the lower blast of the afterburner 6, carried out using a gate 10 installed in the nozzle of the lower blast 7 .

Ожидаемый экономический эффект от работы одного модернизированного котла КМ-75-40 при внедрении заявляемой топки составит 671,4 тыс.руб в год. The expected economic effect from the operation of one modernized boiler KM-75-40 with the implementation of the inventive furnace is 671.4 thousand rubles per year.

Claims

A SOLID FUEL COMBUSTION FIELD containing a layer combustion chamber equipped with a pipe for introducing fuel, an air duct, a grate with a heat for withdrawing focal residues, and a prismatic afterburner with a lower blast nozzle at the mouth of the furnace funnel connecting the layer-burning chamber to the afterburner flue gas outlet, characterized in that the combustion chamber is located above the nozzle of the lower blast, and the heat to remove focal residues is combined with the window for the exit of flue gases in between the mouth of the funnel and the combustion grate blast nozzle provided with a regulating damper.