RU2057990C1

RU2057990C1 - Method for combined fuel combustion

Info

Publication number: RU2057990C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Тимофеевич Сидоркин; Валерий Николаевич Панов; Анатолий Алексеевич Книга
Original assignee: Владимир Тимофеевич Сидоркин; Валерий Николаевич Панов; Анатолий Алексеевич Книга
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: liquid or gaseous fuel or fuel mixture is pre-burned in heat-insulated volume in secondary-air flow and exit gases are delivered to mixing section 3 which is supplied at the same time with solid-fuel dust-air mixture. Dust-air mixture and combustion products heated to 500-600 C are fully mixed up in mixing section 3 and passed to boiler burner 2 for complete combustion. EFFECT: provision for combined combustion of solid, liquid, and gaseous fuels in thermal power plant boilers. 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к способам совместного сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива в котлах тепловой электростанции. The invention relates to a power system, in particular to methods for co-burning solid, liquid or gaseous fuels in boilers of a thermal power plant.

Известен способ факельного сжигания твердого топлива, суть которого заключается в формировании состава вторичного воздуха с пониженным содержанием кислорода, которое обеспечено за счет применения рециркуляции части дымовых газов [1]
Недостаток данного способа состоит в том, что сжигание с обеднением окислителя кислородом вызывает ухудшение воспламенения пылевоздушной смеси и ухудшение ее выгорания, т.е. увеличение механического недожога. Эти недостатки могут быть устранены, если увеличить температуру подогрева всего окислителя или хотя бы температуру вторичного воздуха до 500-600^оС. Однако этот путь связан с техническими трудностями обеспечения столь высокой температуры воздуха в пределах парогенератора, а также с повышенным уровнем образования оксидов азота.There is a method of flaring solid fuel, the essence of which is to form the composition of secondary air with a low oxygen content, which is achieved through the use of recirculation of part of the flue gases [1]
The disadvantage of this method is that burning with depletion of the oxidizing agent by oxygen causes a deterioration in the ignition of the dust-air mixture and a deterioration in its burnout, i.e. increase in mechanical underburning. These disadvantages can be eliminated by increasing the heating temperature of all the oxidant or at least a secondary air temperature to 500-600 ° ^C. However, this way is connected with the technical difficulty of providing such a high temperature within the steam generator, and also with increased formation of nitrogen oxides.

Наиболее близким к предлагаемому способу сжигания является способ факельного сжигания пылевидного твердого топлива совместно с жидким или газообразным топливом. Температура окислителя составляет при этом до 300-350^оС, жидкое или газообразное топливо подается в устье пылеугольной горелки, и факел, образующийся при воспламенении жидкого или газообразного топлива, обеспечивает воспламенение твердого топлива [2]
Недостатком этого способа является также повышенный уровень образования оксидов азота за счет наличия высокотемпературного ядра факела вблизи устья горелки и повышенный механический недожог за счет преимущественного реагирования кислорода с жидким или газообразным топливом и обусловленной этим неравномерностью распределения кислорода в пылевоздушной струе и в факеле.Closest to the proposed method of combustion is a method of flaring a pulverized solid fuel in conjunction with liquid or gaseous fuels. Oxidant temperature is thus to 300-350 ^{° C,} liquid or gaseous fuel is fed into the mouth of the pulverized coal burner, and the torch, resulting in the ignition of a liquid or gaseous fuel, provides a solid fuel ignition [2]
The disadvantage of this method is also the increased level of formation of nitrogen oxides due to the presence of a high-temperature torch core near the mouth of the burner and increased mechanical underburning due to the predominant reaction of oxygen with liquid or gaseous fuel and the resulting uneven distribution of oxygen in the dusty stream and in the torch.

Предлагаемое техническое решение направлено на ликвидацию вышеотмеченных недостатков, повышение эффективности сжигания топлива за счет уменьшения механического недожога и концентрации оксидов азота в отходящих газах. The proposed technical solution is aimed at eliminating the above drawbacks, increasing the efficiency of fuel combustion by reducing mechanical underburning and the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gases.

Дополнительным положительным фактором, сопутствующим данному способу сжигания, является возможность существенного упрощения конструкции горелочного устройства, обусловленная улучшенными условиями воспламенения пылевоздушной смеси с высокой температурой и полностью предварительно перемешанной, а также отсутствием необходимости установки мазутной форсунки или газоподающего устройства на выходе пылеугольной горелки. An additional positive factor associated with this method of combustion is the possibility of a significant simplification of the design of the burner device, due to the improved ignition conditions of the dusty air mixture with a high temperature and completely premixed, as well as the absence of the need to install a fuel oil nozzle or gas supply device at the outlet of the coal burner.

На решение поставленных задач предложен способ комбинированного сжигания, заключающийся в сжигании пылевидного твердого топлива, транспортируемого в горелку, и в сжигании жидкого или газообразного топлива. To solve these problems, a method of combined combustion is proposed, which consists in burning pulverized solid fuel transported to the burner, and in burning liquid or gaseous fuel.

Отличие данного способа состоит в том, что сжигание жидкого газообразного топлива или смеси топлива производят в термоизолированном объеме в потоке вторичного воздуха, а продукты сгорания перемешивают с пылевидным твердым топливом на транспортном участке до подачи его в горелку. The difference of this method is that the combustion of liquid gaseous fuel or fuel mixture is carried out in a thermally insulated volume in a stream of secondary air, and the combustion products are mixed with pulverized solid fuel in the transport section before it is fed to the burner.

Отмеченные отличительные признаки обеспечивают формирование окислителя с содержанием кислорода менее его содержания в воздухе, а именно менее 21% Это обеспечивает снижение выхода оксидов азота, а одновременно повышенные температуры улучшают воспламенение и выгорание угольной пыли. The noted distinguishing features provide the formation of an oxidizing agent with an oxygen content less than its content in the air, namely less than 21%. This ensures a decrease in the yield of nitrogen oxides, and at the same time, elevated temperatures improve the ignition and burning out of coal dust.

На фиг. 1 изображена схема для реализации способа комбинированного сжигания топлива; на фиг.2 модификация схемы фиг.1 с разделением потока вторичного воздуха; на фиг.3 модификация схемы фиг.2 с частичным введением пылевоздушной смеси в термоизолированный объем; на фиг.4 изображены результаты эксперимента. In FIG. 1 shows a diagram for implementing a method of combined fuel combustion; figure 2 modification of the circuit of figure 1 with the separation of the flow of secondary air; figure 3 modification of the circuit of figure 2 with a partial introduction of the dust-air mixture in a thermally insulated volume; figure 4 shows the results of the experiment.

Котлоагрегат 1 оборудован горелкой 2 сжигания пылевидного твердого топлива, соединенной с участком перемешивания 3, который соединен с линией подачи 4 продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива и линией подачи 5 пылевоздушной смеси, т.е. смеси воздуха и пылевидного твердого топлива. На линии подачи 4 расположен термоизолированный объем 6, соединенный с линией 7 подачи жидкого или газообразного топлива и линией 8 подачи вторичного воздуха. The boiler unit 1 is equipped with a pulverized solid fuel burner 2 connected to the mixing section 3, which is connected to the supply line 4 of the combustion products of liquid or gaseous fuel and the supply line 5 of the dust-air mixture, i.e. mixtures of air and pulverized solid fuel. On the supply line 4 there is a thermally insulated volume 6 connected to the liquid or gaseous fuel supply line 7 and the secondary air supply line 8.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Вторичный воздух, нагретый в воздухоподогревателе котлоагрегата 1 до 300-350^оС, поступает по линии 8 в термоизолированный объем 6. Для регулирования процесса сгорания в отдельных случаях поток вторичного воздуха до подачи в термоизолированный объем 6 разделяют и отдельную часть вторичного воздуха подают на участок перемешивания 3 пылевидного твердого топлива с продуктами сгорания в термоизолированном объеме 6, куда также подается жидкое или газообразное топливо или смесь топливо по линии 7. Причем смесь топлива осуществляют, например, заменой части жидкого или газообразного топлива частью пылевидного твердого топлива. При этом в термоизолированном объеме 6 поддерживается близкое к стехиометрическому соотношение топливо-окислитель и температура газов, соответствующая режиму без подачи пылевидного топлива в теплоизолированный объем. После смешения вторичного воздуха с продуктами сгорания после термоизолированного объема 6 его температура повышается на 200-250^оС, а содержание кислорода уменьшается до 16-18% Для уменьшения тепловых потерь участок перемешивания 3 и линия 4 выполнены теплоизолированными. Далее продукты сгорания по линии 4 проходят за участок перемешивания 3, куда также подается по линии 5 пылевидная смесь твердого топлива. Участок перемешивания 3 расположен в непосредственной близости относительно горелки 2. На этом участке происходит полное перемешивание пылевоздушной смеси и продуктов сгорания, нагретых до 500-600^оС, а также предварительный прогрев пылевидного твердого топлива. Далее происходит полное сгорание на выходе из горелки 2 подогретого твердого топлива в пределах котлоагрегата 1.Secondary air heated in the air preheater of boiler 1 up to 300-350 ^{° C,} is supplied via line 8 to heat-insulated volume 6. For controlling the combustion process in some cases, the secondary air flow before entering the thermally insulated volume 6 are separated and a separate part of the secondary air supplied to the mixing portion 3 pulverized solid fuel with combustion products in a thermally insulated volume 6, which also serves liquid or gaseous fuel or fuel mixture through line 7. Moreover, the fuel mixture is carried out, for example, second portion of the liquid or gaseous fuel part of the pulverized solid fuel. Moreover, in a thermally insulated volume 6, a fuel-oxidizer ratio close to stoichiometric and a gas temperature corresponding to a regime without feeding pulverized fuel to a thermally insulated volume is maintained. After mixing the secondary air with the combustion products after thermally insulated volume 6, its temperature is increased to 200-250 ^C, and the oxygen content is reduced to 16-18% In order to reduce heat losses stirring portion 3 and the line 4 are thermally insulated. Further, the combustion products through line 4 pass beyond the mixing section 3, where a dusty mixture of solid fuel is also fed through line 5. Stirring portion 3 is disposed in close proximity relative to the burner 2. At this stage there is complete mixing of dust-air mixture and combustion gases, heated to 500-600 ^{° C} and preheating the pulverized solid fuel. Next, there is a complete combustion at the outlet of the burner 2 of heated solid fuel within the boiler unit 1.

Улучшение воспламенения угольной пыли обусловлено повышенной температурой окислителя и предварительным прогревом угольной пыли до температуры окислителя, при которой уже начинаются процессы газификации твердого топлива, а хорошее выгорание равномерностью перемешивания пылевоздушной смеси и созданием однородного факела. The improvement in the ignition of coal dust is due to the increased temperature of the oxidizing agent and preliminary heating of the coal dust to the temperature of the oxidizing agent, at which the gasification of solid fuels has already begun, and good burnup by uniform mixing of the dusty air mixture and the creation of a uniform flame.

Снижение концентрации оксидов азота в отходящих газах из котлоагрегата 1 вызывается снижением концентрации кислорода в окислителе, так как несмотря на более высокую температуру, окислитель содержит и большую долю инертных компонентов на выходе из термоизолированного объема 6. A decrease in the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gases from the boiler unit 1 is caused by a decrease in the oxygen concentration in the oxidizing agent, since despite the higher temperature, the oxidizing agent also contains a large proportion of inert components at the outlet of the thermally insulated volume 6.

Предложенный способ имеет экспериментальное подтверждение. The proposed method has experimental confirmation.

П р и м е р. На экспериментальной базе ЭНИНа им. Г.М.Кржижановского при Кохтла-Ярвеской ТЭЦ на опытно-промышленной установке с прямоточной камерой сгорания проводились эксперименты по совместному сжиганию пыли антрацитового штыба (АШ) и мазута. PRI me R. At the experimental base ENIN them. G.M. Krzhizhanovsky at Kohtla-Yarveskaya CHPP in a pilot plant with a direct-flow combustion chamber, experiments were conducted on the joint combustion of dust from anthracite block (AS) and fuel oil.

В первой серии экспериментов сжигание угольной пыли осуществлялось с мазутной подсветкой, т.е. жидкое топливо подавалось непосредственно в камеру сгорания, где воспламенялось и выгорало вместе с угольной пылью. Температура вторичного дутья 440^оС и содержание в нем кислорода 21%
Во второй серии экспериментов жидкое топливо непосредственно в камеру сгорания не подавалось, а сжигалось в муфельном подогревателе, установленном до камеры сгорания. За счет этого температура вторичного воздуха была повышена дополнительно до 590^оС, а содержание кислорода уменьшилось до 16%
Результаты измерения концентрации оксидов азота в дымовых газах представлены на фиг.4. Экспериментальные точки для первой и второй серии обобщаются соответственно кривыми 1 и 2. Эффективность предлагаемого метода в части снижения оксидов азота подтверждается достаточно наглядно: концентрации уменьшаются почти в три раза. Об улучшении выгоpания топлива свидетельствует уменьшение горючих в уносе с 12 до 8% по данным химического анализа.In the first series of experiments, coal dust was burned with fuel oil lighting, i.e. liquid fuel was supplied directly to the combustion chamber, where it ignited and burned out along with coal dust. Secondary blast temperature of 440 ^{° C} and an oxygen content of 21%
In the second series of experiments, liquid fuel was not supplied directly to the combustion chamber, but was burned in a muffle heater installed before the combustion chamber. Due to this, the secondary air temperature was raised further to 590 ^{° C,} and the oxygen content was decreased to 16%
The results of measuring the concentration of nitrogen oxides in flue gases are presented in figure 4. The experimental points for the first and second series are summarized by curves 1 and 2, respectively. The effectiveness of the proposed method in terms of reducing nitrogen oxides is confirmed quite clearly: the concentration decreases almost three times. An improvement in fuel burn-out is indicated by a decrease in fuels in ablation from 12 to 8% according to chemical analysis.

Все остальные режимные параметры опытов сохранялись идентичными. Тепловая мощность КС 4,2-5,1 МВт. All other regime parameters of the experiments were kept identical. Thermal power of the compressor station 4.2-5.1 MW.

Claims

METHOD OF COMBINED FUEL COMBUSTION by feeding pulverized coal fuel mixed with primary air into the burner and burning liquid or gaseous fuel in a secondary air stream, characterized in that liquid AND / OR gaseous fuel or their mixture and secondary air stream are fed into a thermally insulated volume, and the products combustion is mixed with pulverized coal fuel before it is fed into the burner.