RU2158877C1

RU2158877C1 - Swirl-chamber furnace

Info

Publication number: RU2158877C1
Application number: RU99105828/06A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Пузырев; В.И. Мурко; Г.Н. Лихачева; гин В.Н. Зв; В.Н. Звягин; В.А. Своров; И.Х. Нехороший; К.Н. Трубецкой; ев В.И. Фед; В.И. Федяев; Б.П. Юдин
Original assignee: Новокузнецкое государственное научно-производственное предприятие "Экотехника"
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-11-10

Abstract

FIELD: combustion of solid fuels including those of low grade in stoves and boilers. SUBSTANCE: furnace has combustion chamber 1 with gas vent 2, burners 3, and slag disposal system at bottom; burners 3 are tangential to furnace volume and are mounted upstream of gas vent 2. Wall of combustion chamber 1 located downstream of gas vent 2 along flow, that is, in jet heating and igniting section, may be made of brickwork or of waterwalls 6 encased in brickwork 3 for warmth keeping. EFFECT: improved economic efficiency and environmental friendliness. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к организации факельного и факельно-слоевого сжигания низкосортных и низкореакционных твердых и жидких топлив и отходов, по отдельности и совместно, в том числе водоугольной суспензии, отходов углеобогащения и др. Оно может использоваться в разработках новых и при реконструкции существующих технологических печей и топок котлов. The invention relates to the organization of flare and flare-layer burning of low-grade and low-reaction solid and liquid fuels and wastes, separately and jointly, including water-coal slurry, coal preparation wastes, etc. It can be used in the development of new and reconstruction of existing technological furnaces and furnaces boilers.

Известна [1, рис. 3.32в] применяемая в энергетике вихревая камерная топка ЦКТИ с пересекающимися струями, содержащая экранированную топку с расположенным внизу циклонным предтопком. Топливо и воздух подают в циклонный предтопок тангенциально. За счет этого в циклонном предтопке создается вихревое течение. Стенки в циклонном предтопке теплоизолированы, они закрываются (утепляются) износостойкой обмуровкой. Соответственно процессы горения и теплоотвода разделены и топочный процесс является высокотемпературным. Продукты сгорания охлаждаются в основной экранированной топочной камере и затем удаляются через расположенное вверху газовыпускное окно в конвективный газоход для их более глубокого охлаждения. Вихревое течение и пересечение струй подаваемой воздухотопливной смеси с раскаленным потоком уходящих продуктов сгорания обеспечивают в циклонном предтопке интенсивное воспламенение и стабильное горение, в том числе и низкореакционных топлив. Known [1, Fig. 3.32c] the CCTI vortex chamber furnace used in power engineering with intersecting jets, containing a shielded furnace with a cyclone pre-furnace located below. Fuel and air are fed tangentially into the cyclone pre-furnace. Due to this, a vortex flow is created in the cyclone pre-furnace. The walls in the cyclone pre-furnace are thermally insulated, they are closed (insulated) by a wear-resistant lining. Accordingly, the combustion and heat removal processes are separated and the combustion process is high temperature. The combustion products are cooled in the main screened combustion chamber and then removed through the gas outlet located at the top into the convective gas duct for their deeper cooling. The vortex flow and the intersection of the jets of the supplied air-fuel mixture with a red-hot flow of exhaust gases provide intense ignition and stable combustion, including low-reaction fuels, in a cyclone pre-combustion furnace.

Недостатками этой вихревой камерной топки являются:
- большие габариты и сложность конструкции, так как необходимо выделение специального объема циклонного предтопка;
- такая схема мало пригодна для реконструкции существующих топок и котлов;
- большая эмиссия ядовитых оксидов азота и возгонка заметной доли минеральной части топлива с последующим зашлаковыванием экранов топки и конвективного газохода из-за использования высокотемпературного топочного процесса.The disadvantages of this vortex chamber furnace are:
- large dimensions and design complexity, since it is necessary to allocate a special volume of the cyclone pre-furnace;
- such a scheme is not very suitable for the reconstruction of existing furnaces and boilers;
- large emission of toxic nitrogen oxides and sublimation of a significant fraction of the mineral part of the fuel, followed by slagging of the furnace screens and convective gas duct due to the use of a high-temperature combustion process.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является низкотемпературная вихревая камерная топка ЛПИ [1, рис. 3.28]. Вихревая камерная топка, содержит камеру сгорания с газовыпускным окном, горелки и расположенную внизу систему удаления шлака. Горелки прямоточные, установлены на фронтовом экране с наклоном вниз. Кроме того, имеются ориентированные встречно из под нижнего гиба заднего экрана сопла вторичного нижнего дутья. Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed device, selected as a prototype, is a low-temperature vortex chamber furnace LPI [1, Fig. 3.28]. The vortex chamber furnace contains a combustion chamber with a gas outlet window, a burner and a bottom slag removal system. Direct-flow burners are installed on the front screen with a downward slope. In addition, there are secondary lower blast nozzles oriented counterclockwise from under the lower bend of the rear screen.

Струи, истекающие из сопел вторичного нижнего дутья и горелок, действуя в паре, формируют петлевое течение в виде вихря с горизонтальной осью вращения. Доля вторичного дутья определяется условиями создания устойчивого вихря, она значительна и обычно составляет 30-40%. Вихрь заполняет холодную воронку топки, поэтому все экраны топки, включая и стенки холодной воронки, вовлекаются в активный теплообмен. Благодаря повышенному теплосъему, топочный процесс становится низкотемпературатурным и соответственно снижаются возгонка минеральной части топлива, зашлаковывание экранов топки и эмиссия ядовитых оксидов азота. The jets flowing from the nozzles of the secondary lower blast and burners, acting in pairs, form a loop flow in the form of a vortex with a horizontal axis of rotation. The share of the secondary blast is determined by the conditions for creating a stable vortex, it is significant and usually makes up 30-40%. A vortex fills the cold funnel of the furnace, so all the screens of the furnace, including the walls of the cold funnel, are involved in active heat transfer. Due to the increased heat removal, the combustion process becomes low temperature and, accordingly, sublimation of the mineral part of the fuel, slagging of the furnace screens and emission of toxic nitrogen oxides are reduced.

По конструкции схема данной топки принципиально не отличается от типовых П-образных пылеугольных и жидкотопливных топок энергетических котлов и может использоваться для их реконструкции. Низкотемпературные вихревые камерные топки ЛПИ наиболее пригодны и нашли применение при организации сжигания торфа, горючих сланцев и бурых углей, то есть высокореакционных и в том числе низкокачественных топлив. Для лучшего заполнения вихря горящими частицами используют укрупненный помол или просто дробление рядового топлива. By design, the scheme of this furnace does not fundamentally differ from the typical U-shaped pulverized coal and liquid fuel furnaces of energy boilers and can be used for their reconstruction. LPI low-temperature vortex chamber furnaces are most suitable and have found application in the organization of the burning of peat, oil shale and brown coal, that is, highly reactive, including low-quality fuels. To better fill the vortex with burning particles, an enlarged grinding or simply crushing ordinary fuel is used.

Недостатками прототипа являются:
- низкая эффективность по экономичности и экологическим показателям топочного процесса потому, что в топке формируются два независимых потока: поток, восходящий по заднему экрану топки с избытком топлива, и петлевой поток с большим избытком воздуха. Это связано с тем, что по условиям формирования аэродинамической обстановки воздух с топливом через горелки (первичный воздух) подается с недостатком, так как значительная доля (до 30-40%) его должна вводиться в виде нижнего дутья. В топочном же объеме не организовано перемешивание потоков дутья и поэтому в топке имеется существенный дисбаланс в распределении воздуха и топлива. Примерно половина топливовоздушного потока, которая отражается от заднего экрана вверх, в сторону газовыпускного окна имеет избыток топлива, и топливо здесь плохо выгорает из-за недостатка кислорода даже при повышенных избытках воздуха по топке в целом. Соответственно недожог топлива и повышенные избытки воздуха снижают экономичность топочного процесса. В петлевом потоке наоборот есть существенный избыток воздуха и здесь имеет место повышенная эмиссия оксидов азота, хотя она и не слишком интенсивна благодаря понижению температуры;
- схема прототипа не используется при разработке новых и реконструкции существующих котлов малой и средней мощности и в том числе слоевых, так как конструктивно их компоновка отличается от П-образной;
- схема прототипа не используется при сжигании низкореакционных и обводненных топлив, так как в ней не предусмотрены меры по воспламенению и стабилизации горения с характерным увеличенным участком подготовки и воспламенения топливовоздушной смеси, например, у водоугольной суспензии, в том числе и потому, что применяются прямоточные горелки;
- схема прототипа не используется при организации факельного сжигания совместно со слоевым способом.The disadvantages of the prototype are:
- low efficiency in terms of economy and environmental performance of the combustion process because two independent streams are formed in the furnace: a stream that rises along the back screen of the furnace with excess fuel, and a loop stream with a large excess of air. This is due to the fact that, under the conditions of the formation of an aerodynamic situation, air with fuel through the burners (primary air) is supplied with a drawback, since a significant proportion (up to 30-40%) of it must be introduced in the form of a lower blast. In the furnace volume, mixing of the blast flows is not organized, and therefore there is a significant imbalance in the distribution of air and fuel in the furnace. About half of the air-fuel flow, which is reflected upward from the rear screen, towards the gas outlet window has an excess of fuel, and the fuel burns poorly due to a lack of oxygen, even with increased excess air in the furnace as a whole. Accordingly, underburning of fuel and increased excess air reduce the efficiency of the combustion process. In the loop flow, on the contrary, there is a significant excess of air and there is an increased emission of nitrogen oxides, although it is not too intense due to a decrease in temperature;
- the prototype scheme is not used in the development of new and reconstruction of existing small and medium-capacity boilers, including layered ones, since their layout is structurally different from the U-shaped one;
- the prototype scheme is not used in the combustion of low-reactive and watered fuels, since it does not provide for ignition and stabilization of combustion with a characteristic increased area of preparation and ignition of the air-fuel mixture, for example, in a coal-water slurry, including because direct-flow burners are used ;
- the prototype scheme is not used in the organization of flaring in conjunction with the layered method.

Целью настоящего изобретения является:
- повышение экономичности;
- улучшение экологических показателей;
- расширение применимости схемы сжигания в вихревой камерной топке при разработке новых и реконструкции существующих технологических печей и топок котлов;
- расширение применимости схемы вихревой камерной топки на организацию факельного и факельно-слоевого сжигания низкосортных и низкореакционных твердых и жидких топлив и отходов, по отдельности и совместно со слоевым сжиганием, в том числе водоугольной суспензии, отходов углеобогащения и др.The aim of the present invention is:
- increase in profitability;
- improvement of environmental indicators;
- expanding the applicability of the combustion scheme in a vortex chamber furnace during the development of new and reconstruction of existing technological furnaces and boiler furnaces;
- expanding the applicability of the vortex chamber furnace scheme for organizing flare and flare-layer burning of low-grade and low-reaction solid and liquid fuels and wastes, separately and together with layer-by-layer burning, including water-coal slurry, coal preparation waste, etc.

Поставленная цель достигается тем, что в вихревой камерной топке, содержащей камеру сгорания с газовыпускным окном, горелки и расположенную внизу систему удаления шлака, по предлагаемому изобретению горелки направлены в топочный объем тангенциально и установлены перед газовыпускным окном. This goal is achieved by the fact that in a vortex chamber furnace containing a combustion chamber with a gas outlet, burners and a bottom slag removal system, according to the invention, the burners are tangentially directed into the furnace volume and installed in front of the gas outlet.

Дополнительно стена камеры сгорания, расположенная за газовыпускным окном, то есть на участке прогрева и воспламенения струй может быть выполнена из обмуровки или экранами, утепленными обмуровкой. Причем могут быть установлены и вихревые горелки, в которые направляется только первичный воздух, с подачей вторичного воздуха через расположенные между грелками и газовыпускным окном сопла, ориентированные одинаково с горелками. In addition, the wall of the combustion chamber located behind the gas outlet window, that is, in the area of heating and ignition of the jets, can be made of lining or shields insulated with lining. Moreover, vortex burners can be installed, in which only primary air is directed, with the supply of secondary air through nozzles located between the heaters and the gas outlet window, oriented identically with the burners.

Кроме того, в качестве системы удаления шлака в нижней части топочного объема может устанавливаться топочное устройство слоевого типа. In addition, as a slag removal system in the lower part of the furnace volume, a layer-type furnace device can be installed.

При направлении горелок в топочный объем тангенциально, топливовоздушный поток формирует в топке петлевое течение в виде вихря. Благодаря установке горелок перед газовыпускным окном при пересечении струй свежей воздухотопливной смеси с раскаленным потоком уходящих продуктов сгорания обеспечивается интенсивное воспламенение и стабилизация горения, в том числе и низкореакционных топлив, а также отбивание части выносимых частиц обратно в топку. Вихрь заполняет топку, активизирует смесеобразование и выгорание топлива даже при минимальных избытках воздуха. Этим повышается экономичность топки. When the burners are directed into the furnace volume tangentially, the air-fuel flow forms a loop flow in the furnace in the form of a vortex. Due to the installation of burners in front of the gas outlet window at the intersection of the jets of fresh air-fuel mixture with a red-hot flow of exhaust gases, intense ignition and stabilization of combustion, including low-reaction fuels, as well as beating off part of the removed particles back into the furnace are ensured. A vortex fills the firebox, activates mixture formation and fuel burnup, even with minimal excess air. This increases the efficiency of the furnace.

В топках котлов все экраны вовлекаются в активный теплообмен. Благодаря повышенному теплосъему топочный процесс становится низкотемпературатурным. Соответственно снижаются возгонка минеральной части топлива, зашлаковывание экранов топки и эмиссия ядовитых оксидов азота, то есть улучшаются экологические показатели. In boiler furnaces, all screens are involved in active heat transfer. Due to the increased heat removal, the furnace process becomes low temperature. Accordingly, sublimation of the mineral part of the fuel, slagging of the furnace screens and emission of toxic nitrogen oxides are reduced, that is, environmental indicators are improved.

Геометрия вихря детерминируется расположением и ориентацией горелок. Например, схема с вертикальной осью вращения удобна при конструировании и реконструкции технологических печей и котлов малой мощности и в том числе слоевых. Устанавливая в нижней части топки дополнительно топочное устройство слоевого типа можно организовать факельно-слоевой топочный процесс с одновременным сжиганием нескольких видов топлив в факеле и слое. Соответственно при ориентации струй в вертикальной плоскости, вихрь будет иметь горизонтальную ось вращения, и реализуется схема наиболее пригодная для П-образной компоновки котлов. The vortex geometry is determined by the location and orientation of the burners. For example, a scheme with a vertical axis of rotation is convenient in the design and reconstruction of technological furnaces and boilers of low power, including layered ones. By installing an additional layer-type furnace device in the lower part of the furnace, it is possible to organize a flare-layer furnace process with the simultaneous burning of several types of fuel in a torch and a layer. Accordingly, when the jets are oriented in a vertical plane, the vortex will have a horizontal axis of rotation, and the scheme most suitable for the U-shaped arrangement of boilers is implemented.

При выполнении расположенной за газовыпускным окном стены камеры сгорания из обмуровки или из экранов закрытых обмуровкой, благодаря локальному утеплению топки ускоряется прогрев и воспламенение топлива и дополнительно повышается эффективность топки. При использовании вихревых горелок за счет интенсификации перемешивания с раскаленным потоком топочных газов также ускоряется прогрев и воспламенение топлива, и особенно при подаче в них только первичного воздуха. When performing the walls of the combustion chamber located behind the gas outlet window from the lining or from the screens closed by lining, due to local warming of the furnace, heating and ignition of the fuel are accelerated and the efficiency of the furnace is further increased. When using vortex burners due to the intensification of mixing with a hot stream of flue gases, the heating and ignition of the fuel is also accelerated, and especially when only primary air is supplied to them.

Подача вторичного воздуха через расположенные за горелками, ближе к газовыпускному окну и ориентированные одинаково с горелками сопла в виде высоконапорных струй обеспечивает не только защиту свежего топлива с помощью аэродинамической завесы от выноса, но и реализует экологически более чистую схему двухступенчатого сжигания. The supply of secondary air through nozzles in the form of high-pressure jets located behind the burner, closer to the gas outlet window and oriented identically with the burners not only protects the fresh fuel with an aerodynamic curtain from removal, but also implements an environmentally cleaner two-stage combustion scheme.

На фиг. 1 показано вертикальное А-А, а на фиг. 2 горизонтальное Б-Б сечения предлагаемой вихревой камерной топки в варианте применения ее к слоевым топкам котлов. In FIG. 1 shows a vertical AA, and in FIG. 2 horizontal BB section of the proposed vortex chamber furnace in the variant of its application to layered furnaces of boilers.

Вихревая камерная топка, содержит камеру сгорания 1 с газовыпускным окном 2, горелки 3, сопла 4 и расположенную внизу систему удаления шлака. Горелки 3 и сопла 4 направлены в топочный объем тангенциально и установлены перед газовыпускным окном 2. В общем случае могут быть применены, в зависимости от типа топлива, щелевые, вихревые или горелки 3 другого типа, а сопла 4 могут не устанавливаться. The vortex chamber furnace contains a combustion chamber 1 with a gas outlet 2, a burner 3, a nozzle 4 and a bottom slag removal system. Burners 3 and nozzles 4 are directed tangentially into the furnace volume and are installed in front of the gas outlet window 2. In general, slotted, vortex or other type 3 burners 3 may be used, depending on the type of fuel, and nozzles 4 may not be installed.

При направлении горелок 3 и сопел 4 (на фиг.1 они показаны условно) в камеру сгорания 1 тангенциально, входящий топливовоздушный поток формирует в топке петлевое течение в виде вихря с условными траекториями 5. Все экраны 6, ограждающие камеру сгорания 1, вовлекаются в активный теплообмен и благодаря повышенному теплосъему топочный процесс становится низкотемпературатурным. Соответственно снижаются возгонка минеральной части топлива, зашлаковывание экранов топки и эмиссия ядовитых оксидов азота. Кроме того, вихрь, заполняя топку, активизирует смесеобразование и выгорание топлива даже при минимальных избытках воздуха. Таким образом повышаются экономичность и экологические показатели топки. When the direction of the burners 3 and nozzles 4 (shown in FIG. 1 conditionally) into the combustion chamber 1 tangentially, the incoming air-air flow forms a loop flow in the furnace in the form of a vortex with conditional trajectories 5. All screens 6 enclosing the combustion chamber 1 are involved in the active heat transfer and due to increased heat removal, the furnace process becomes low temperature. Accordingly, the sublimation of the mineral part of the fuel, the slagging of the furnace screens, and the emission of toxic nitrogen oxides are reduced. In addition, the vortex, filling the furnace, activates the mixture formation and fuel burnup, even with minimal excess air. This improves the efficiency and environmental performance of the furnace.

Геометрия траекторий 5 вихря детерминируется расположением и ориентацией горелок 3 и сопел 4. В рассматриваемом случае струи распространяются в горизонтальной плоскости, то есть вихрь имеет вертикальную ось вращения. В качестве системы удаления шлака используется типовое топочное устройство, состоящее из слоевой решетки 7 обратного хода со слоем 8 горящего топлива, забрасывателей 9, бункера 10 топлива и шлакоприемника 11. Таким образом, по предлагаемому изобретению расширяется круг применимости вихревой камерной топки, в частности реализуется схема наиболее пригодная для котлов малой и средней мощности, в том числе и слоевых. В вихревой камерной топке по предлагаемому изобретению легко осуществить факельное и факельно-слоевое сжигание низкосортных и низкореакционных твердых и жидких топлив, а также горючих отходов. The geometry of the vortex trajectories 5 is determined by the location and orientation of the burners 3 and nozzles 4. In this case, the jets propagate in a horizontal plane, that is, the vortex has a vertical axis of rotation. As a slag removal system, a typical furnace device is used, consisting of a backlash grate 7 with a layer of burning fuel 8, spreaders 9, a fuel hopper 10 and a slag receiver 11. Thus, the range of applicability of the vortex chamber furnace is expanded according to the invention, in particular, a scheme is implemented most suitable for small and medium capacity boilers, including layered ones. In the swirl chamber furnace according to the invention, it is easy to carry out flare and flare-layer burning of low-grade and low-reaction solid and liquid fuels, as well as combustible waste.

Камера сгорания 1 образуется водоохлаждаемыми экранами 6 или стенами 12, выполненными из обмуровки. Стенка камеры сгорания 1, расположенная за газовыпускным окном 2 по ходу потока, то есть на участке прогрева и воспламенения струй, может быть специально выполнена из обмуровки 13 или экранами, утепленными обмуровкой 14. The combustion chamber 1 is formed by water-cooled screens 6 or walls 12 made of a brickwork. The wall of the combustion chamber 1, located behind the gas outlet window 2 in the direction of flow, that is, in the area of heating and ignition of the jets, can be specially made of lining 13 or shields insulated by lining 14.

Котел состоит из верхнего 15 и нижнего 16 барабанов, между которыми установлены пакеты 17 из кипятильных труб и поворотная камера 18, выделенные перегородками 19. Кроме того, в котле имеется набор типового оборудования: вентилятор 20 с воздуховодами 21 и регулирующими шиберами 22, насос 23 с трубопроводами 24 для подачи жидких отходов или жидкого топлива, например водоугольной суспензии, патрубок 25 отвода дымовых газов и др. The boiler consists of an upper 15 and a lower 16 drums, between which there are packages 17 of boiling pipes and a pivoting chamber 18, separated by partitions 19. In addition, the boiler has a set of typical equipment: a fan 20 with air ducts 21 and control valves 22, a pump 23 s pipelines 24 for supplying liquid waste or liquid fuel, for example, a coal-water suspension, a flue gas outlet pipe 25, etc.

Предлагаемая вихревая камерная топка работает следующим образом. The proposed swirl chamber furnace works as follows.

Топочный процесс осуществляется в камере сгорания 1. Летучие и газообразные продукты сгорания выходят через газовыпускное окно 2. Благодаря установке горелок 3 перед газовыпускным окном 2 струи свежей воздухотопливной смеси пересекаются с раскаленным потоком уходящих продуктов сгорания, быстро прогреваются и воспламеняются. Эти процессы усиливаются при выполнении расположенной за газовыпускным окном 2 стены камеры сгорания 1 из обмуровки 13 или из экранов 6, закрытых обмуровкой 14, из-за дополнительного подвода тепла к струям от разогретых стенок. За счет интенсификации перемешивания с раскаленным потоком топочных газов в случае использования вихревых горелок еще более ускоряется прогрев и воспламенение топлива, особенно при подаче в горелки только первичного воздуха. Таким образом, в предлагаемой вихревой камерной топке происходит интенсивное воспламенение и стабилизация горения, что позволяет использовать ее для сжигания, в том числе и низкореакционных топлив. Все эти меры позволяют организовать, даже в топках малого объема, сжигание таких топлив, как водоугольная суспензия с характерным для нее увеличенным участком прогрева и воспламенения. The combustion process is carried out in the combustion chamber 1. Volatile and gaseous products of combustion exit through the gas outlet 2. Due to the installation of burners 3 in front of the gas outlet 2, the jets of fresh air-fuel mixture intersect with the hot stream of exhaust gases, quickly warm up and ignite. These processes are amplified by performing the walls of the combustion chamber 1 located behind the gas outlet window 2 from the lining 13 or from the screens 6 closed by the lining 14, due to the additional supply of heat to the jets from the heated walls. Due to the intensification of mixing with a hot stream of flue gases in the case of vortex burners, heating and ignition of the fuel is even more accelerated, especially when only primary air is supplied to the burners. Thus, in the proposed vortex chamber furnace there is intense ignition and stabilization of combustion, which allows it to be used for combustion, including low-reaction fuels. All these measures make it possible to organize, even in small-volume fire chambers, the burning of fuels such as water-coal slurry with its characteristic increased area of heating and ignition.

При направлении горелок 3 и сопел 4 в камеру сгорания 1 тангенциально, входящий поток формирует в топке петлевое течение в виде вихря с условными траекториями 5. Центробежные силы сепарируют и удерживают частицы в топке, а входящий топливовоздушный поток отбивает выносимые частицы обратно в топку. Дополнительно защищают от выноса частиц, в том числе и свежего топлива, аэродинамические завесы, образующиеся при подаче вторичного воздуха в виде высоконапорных струй через расположенные между горелками 3 и газовыпускным окном 2 сопла 4, ориентированные одинаково с горелками 3. When the burners 3 and nozzles 4 are directed tangentially into the combustion chamber 1, the incoming stream forms a loop flow in the furnace in the form of a vortex with conditional trajectories 5. Centrifugal forces separate and hold the particles in the furnace, and the incoming air-air stream pushes the particles to be carried back into the furnace. Additionally, aerodynamic curtains formed during the supply of secondary air in the form of high-pressure jets through nozzles 4 located between the burners 3 and the gas outlet window 2, oriented identically with the burners 3, protect from the removal of particles, including fresh fuel.

Вихревое течение, заполняя топку, активизирует теплообмен, смесеобразование. Благодаря согласованной подаче топлива и воздуха выгорание топлива идет эффективно даже при минимальных избытках воздуха и обеспечивает высокоэкономичный низкотемпературный топочный процесс. Низкая температура и минимальные избытки обусловливают высокие экологические показатели. The vortex flow, filling the furnace, activates heat transfer, mixture formation. Thanks to the coordinated supply of fuel and air, fuel burnup is effective even with minimal excess air and provides a highly economical low-temperature combustion process. Low temperatures and minimal excesses result in high environmental performance.

При работе котла через горелки 3 для факельного сжигания может вводиться угольная пыль. Кроме того, насосом 23 по трубопроводам 24 могут подаваться жидкие отходы или жидкое топливо, например водоугольная суспензия. Кусковые твердое топливо или горючие отходы, например отходы углеобогащения, подаются из бункера 10 топлива и распределяются забрасывателями 9 по слоевой решетке 7. Здесь кусковое топливо и выпадающие из топочного объема частицы горят в слое 8. Шлак и очаговые остатки решеткой 7 обратного хода удаляются в шлакоприемник 11. When the boiler is operating, coal dust can be introduced through the torch 3 for flaring. In addition, liquid waste or liquid fuel, such as a coal-water slurry, can be supplied by pump 23 through lines 24. Lumpy solid fuel or combustible waste, such as coal preparation waste, is fed from the fuel hopper 10 and distributed by the casters 9 along the layer grate 7. Here, lump fuel and particles falling out of the furnace volume burn in layer 8. Slag and focal residues by the backwash grate 7 are removed to the slag bin eleven.

Таким образом, по изобретению осуществляется факельно-слоевое сжигание, причем не одного, а различных типов топлив. Одновременно расширяется круг применимости вихревой камерной топки, в частности реализуется схема наиболее пригодная для котлов малой и средней мощности, в том числе и слоевых. Thus, according to the invention, flare-layer combustion is carried out, and not just one, but different types of fuels. At the same time, the range of applicability of the vortex chamber furnace is expanding, in particular, the scheme is most suitable for boilers of low and medium power, including layered ones.

В предлагаемой вихревой камерной топке факельный и слоевой процессы горения не просто сосуществуют, они активно взаимодействуют и взаимно стабилизируются: слой поддерживает горение факела, а тепловое излучение факела разогревает слой. Кроме того, мелочь, выносимая из слоя, удерживается и дожигается в вихре, а крупные частицы, выпадающие из факела, догорают в слое 8. Этим дополнительно повышается экономичность и круг применимости топки. В предлагаемой топке соответственно возможно организовать одновременное сжигание двух типов низкокачественных топлив или отходов. Например, в слой подаются не горящие самостоятельно кусковые отходы углеобогащения, и их горение поддерживается факельным сжиганием водоугольной смеси. In the proposed vortex chamber furnace, the flare and layer combustion processes not only coexist, they actively interact and mutually stabilize: the layer supports the burning of the flame, and the thermal radiation of the flame heats the layer. In addition, the fines removed from the layer are held and burned in a whirlwind, and large particles falling out of the torch burn out in layer 8. This further increases the efficiency and applicability of the furnace. In the proposed furnace, it is accordingly possible to organize the simultaneous burning of two types of low-quality fuels or waste. For example, lumpy coal processing waste that does not burn on its own is fed into the bed, and their combustion is supported by flaring of the coal-water mixture.

Воздух, необходимый для организации топочного процесса, подается в топку вентилятором 20. По воздуховодам 21 он направляется под горящий слой 8 кускового топлива, в горелки 3 и сопла 4. Конкретно дутье распределяется регулирующими шиберами 22. Подача дутья в виде вторичного воздуха через сопла 4 обеспечивает экологически более чистое двухступенчатое сжигание. The air necessary for organizing the combustion process is supplied to the furnace by the fan 20. Through the air ducts 21 it is directed under the burning layer 8 of lump fuel, into the burners 3 and nozzles 4. Specifically, the blast is distributed by regulating gates 22. The supply of blast in the form of secondary air through nozzles 4 provides environmentally friendly two-stage combustion.

Продукты сгорания, выходящие через газовыпускное окно 2, проходят далее последовательно выделенные перегородками 19 поворотную камеру 18 и пакеты 17 из кипятильных труб. Здесь они охлаждаются, передавая тепло воде, которая циркулирует по кипятильным трубам между верхним 15 и нижним 16 барабанами котла, и далее выводятся по патрубку 25 отвода дымовых газов. The combustion products exiting through the gas outlet 2 then pass through the rotary chamber 18 and the packages 17 from the heating pipes sequentially separated by partitions 19. Here they are cooled, transferring heat to the water that circulates through the boiler pipes between the upper 15 and lower 16 drums of the boiler, and then are discharged through the flue gas outlet pipe 25.

Использование предлагаемой вихревой камерной топки по сравнению с прототипом [1, рис. 3.28] позволяет:
- повысить экономичность и экологические показатели топки, так как в ней поддерживается не только низкотемпературный топочный процесс, но и согласованная подача воздуха и топлива: соответственно топливо выгорает при минимальных избытках воздуха, обеспечивается высокая экономичность, низкая возгонка золы и малая эмиссия оксидов;
- расширить применимость схемы сжигания в вихревой камерной топке: формирование вихря с вертикальной осью вращения позволяет использовать предлагаемую топку при разработке новых и реконструкции существующих технологических печей и топок котлов малой и средней мощности;
- расширить применение вихревой камерной топки на организацию факельного и факельно-слоевого сжигания низкосортных и низкореакционных твердых и жидких топлив и отходов, по отдельности и совместно со слоевым сжиганием, в том числе водоугольной суспензии, отходов углеобогащения и др. благодаря дополнительному дожиганию частиц и наличию взаимной стабилизации факела и горящего слоя.The use of the proposed vortex chamber furnace compared with the prototype [1, Fig. 3.28] allows:
- increase the efficiency and environmental performance of the furnace, since it supports not only a low-temperature combustion process, but also a coordinated supply of air and fuel: accordingly, fuel burns out with minimal excess air, provides high efficiency, low sublimation of ash and low emission of oxides;
- expand the applicability of the combustion scheme in a vortex chamber furnace: the formation of a vortex with a vertical axis of rotation allows the proposed furnace to be used in the development of new and reconstruction of existing technological furnaces and furnaces of small and medium-capacity boilers;
- to expand the use of a vortex chamber furnace for organizing flare and flare-layer burning of low-grade and low-reaction solid and liquid fuels and wastes, separately and together with layer-by-layer burning, including water-coal slurry, coal-enrichment wastes, etc. due to additional afterburning of particles and the presence of mutual stabilization of the torch and the burning layer.

Источники информации
1. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник/ Под ред. В.М. Зорина.-М.: Энергоиздат, 1982.Sources of information
1. Thermal and nuclear power plants: Handbook / Ed. V.M. Zorina.-M.: Energoizdat, 1982.

Claims

1. A vortex chamber furnace containing a combustion chamber with a gas outlet window, a burner and a slag removal system located below, characterized in that the burners are directed tangentially into the furnace volume and are installed in front of the gas outlet window, and the wall of the combustion chamber located behind the gas outlet window, i.e. plot heating and ignition of the jets, made of lining or screens insulated lining.

2. A furnace according to claim 1, characterized in that a layer-type furnace device is installed in the lower part of the furnace volume as a slag removal system.

3. The furnace according to claim 1, characterized in that between the burners and the gas outlet there are secondary blast nozzles oriented in the same direction as the burners.

4. The furnace according to claims 1 to 3, characterized in that vortex burners are installed in the furnace.