WO2006004453A1 - Swirling-type furnace - Google Patents
Swirling-type furnace Download PDFInfo
- Publication number
- WO2006004453A1 WO2006004453A1 PCT/RU2005/000082 RU2005000082W WO2006004453A1 WO 2006004453 A1 WO2006004453 A1 WO 2006004453A1 RU 2005000082 W RU2005000082 W RU 2005000082W WO 2006004453 A1 WO2006004453 A1 WO 2006004453A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- combustion chamber
- nozzle
- nozzles
- fuel
- burner
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
- F23C5/08—Disposition of burners
- F23C5/24—Disposition of burners to obtain a loop flame
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
Definitions
- the present invention relates to the field of fuel combustion, in particular, to swirl furnaces and can be used for burning solid fossil fuels, for example, in power plants.
- the disadvantage of this device is the high degree of erosive wear of the furnace wall due to exposure to a stream of air coming out of the nozzle and containing the smallest, most erosive particles of fuel and ash.
- Known vortex furnace containing a combustion chamber including vertical walls and associated inclined walls, a burner mounted in one of the vertical walls, and a nozzle for supplying air to the combustion chamber, CA 5 C, 1010306.
- the fuel-air mixture consisting of coarsely ground fuel and primary air, is fed into the internal space of the combustion chamber, while its speed is calculated in such a way as to ensure separation and distribution of fuel particles of different classes (particle size) along the height of the combustion chamber.
- the air-fuel mixture inside the combustion chamber ignites and forms a burning torch containing flue gases and unburned fuel particles of various sizes, which are then moved under the action of gravity and inertia to the lower part of the combustion chamber.
- the secondary air stream supplied to the lower part of the combustion chamber is characterized by insufficient intensity of heat and mass transfer processes in it due to the small turbulization of the air movement in the stream. This leads to the fact that the processes of heating and exit of volatile large fuel particles located in the lower part of the combustion chamber occur slowly, a significant amount of heat is expended on them, and this slows the ignition of small fuel particles, dried, warmed up and sufficiently prepared for combustion, located in a single stream with large particles of fuel. Due to this, the process of ignition of fuel in the air stream in the lower part of the combustion chamber is delayed, which leads to a loss of stability of ignition of the root part of the torch.
- This pattern is typical for the burning of low-grade flammable fuels, characterized by high humidity or low yield of volatile substances.
- the introduction of air into the lower part of the combustion chamber with one nozzle leads to increased wear of the inclined wall of the combustion chamber (if the nozzle is directed to this wall at an angle) or to an increased failure of unburned fuel from combustion chambers (if the nozzle is directed along this wall).
- a vortex furnace containing a combustion chamber, including walls passing into the funnel at the bottom, as well as a burner mounted in the wall, and a nozzle device for supplying air to the furnace, made in the form of two nozzles with a flow rate in each of them decreasing by the distance from the wall with the burner, RU, Cl, 2044218.
- This technical solution adopted as a prototype of the present invention, provides an increase in the intensity of heat and mass transfer, which increases the stability of ignition, for example, when burning low-grade (high-moisture) fuels. Winding out the smallest, most erosive particles from the stream closest to the wall being washed, somewhat reduces the erosive effect on it. However, the air flows leaving adjacent nozzles overlap each other, while the degree of interaction of the flows increases with distance from the nozzle outlets, as the flows expand. As a result, small particles are involved in a significant amount in the mixed volume of both flows and interact with the wall of the combustion chamber, which causes its wear.
- the present invention is based on the solution of the problem of reducing the erosive effects on the wall of the combustion chamber, as well as the alignment of the temperature field in the combustion chamber.
- this problem is solved due to the fact that in a vortex furnace containing a combustion chamber, including walls passing in the lower part into the funnel, at least one burner mounted in the wall and a nozzle device for air supply installed in the lower part of the funnel into the furnace containing two nozzles, one of the nozzles is directed to the inner surface of the funnel located on the side of the burner at an angle of 65 °> ⁇ l °, and the second nozzle is oriented so that the angle between the longitudinal axes of both nozzles is 75 °> ⁇ > 5 ° in plane and, perpendicular to the inner surface of the funnel from the side of the burner; at least one nozzle may be made sectional; nozzles can be equipped with flow regulators.
- the object acquires a very important new property, which consists in the fact that the air flows exiting the nozzles practically do not interact with each other in the lower part of the combustion chamber, which prevents erosion-hazardous particles from entering its wall.
- a more uniform distribution of fuel in the lower part of the combustion chamber is ensured, which ensures equalization of the temperature field (a sharp decrease in the zones of high-temperature maxima), which significantly reduces the formation of nitrogen oxides, and also prevents the deposition of fusible eutectics on the walls of the combustion chamber.
- Fig. 1 is a schematic diagram of a vortex furnace (longitudinal section); figure 2 is a section along AA in an enlarged scale.
- the swirl chamber contains a combustion chamber 1, which includes walls 2, passing at the bottom into a funnel 3.
- a burner 4 is mounted, having in a particular example a slope towards the funnel 3.
- a nozzle device for supplying air to the combustion chamber is installed, comprising a nozzle 5 and a nozzle 6.
- the nozzle 5 is directed to the inner surface of the funnel 3 located on the side of the burner 4, at an angle of 65 °> oc> 1 °.
- angles ⁇ ⁇ 1 ° air flow from
- nozzle 5 goes almost along the wall of the funnel 3 and is not pressed enough to it, which leads to a failure of the combustion chamber 1 of large unburned fuel particles.
- nozzle 6 is oriented in such a way that the angle between the longitudinal axes of the nozzles 5 and 6 is 75 °> ⁇ > 5 ° in the plane perpendicular to the inclined wall of the funnel 3 from the side of burner 4.
- ⁇ ⁇ 5 ° the claimed technical result is not achieved, and the device will the disadvantages noted in
- the nozzles 5 and 6 are equipped with flow regulators in the form of gates 7.
- the nozzles 5 and 6 can be sectional (for example, cylindrical or slotted).
- the fuel-air mixture consisting of crushed fuel and air, is supplied through the burner 4 to the internal space of the combustion chamber 1, while the amount of movement (flow rate, speed) of the air is selected so as to ensure separation and distribution of fuel particles of different sizes (fractions) by volume (height) of the combustion chamber 1.
- the fuel-air mixture inside the combustion chamber 1 ignites and forms a burning torch 8, in which the smallest particles of fuel are burned.
- gaseous products of combustion and ash are formed.
- Part of unburned fuel particles and part of ash particles under the influence of gravity and inertia is separated into the lower part of the combustion chamber 1 into the vortex combustion zone 9.
- the air of the lower blast through nozzles 5 and 6 is supplied in two streams to the lower part of the combustion chamber 1.
- the supply of lower blast air with two nozzles 5, 6 at different angles of entry into the lower part of the combustion chamber 1 causes the formation of two independent flows.
- the stream closest to the inner surface of the funnel 3 is pressed against it by installing the nozzle 5 at an angle of 65 °> ⁇ > l ° to the funnel.
- the air stream leaving the nozzle 6 creates a circulation of small particles in the inner region of the vortex zone 9 of combustion.
- the particles of fuel and ash located in the lower part of the combustion chamber 1 fall into the air flows of the lower blast and are separated by size (particle size, fractions) due to the influence of these flows in series, while large (most massive) fuel particles enter the stream leaving from the nozzle 5, and small particles of fuel and ash into the stream from the nozzle 6.
- the flow rate of the nozzle 6 should ensure the winding off of small particles of fuel and ash from large particles of fuel and transporting them to the central region of the vortex zone 9 of combustion.
- the flow rate from the nozzle 5 should ensure the retention of large particles of fuel in the combustion chamber 1, reducing their failure from the combustion chamber 1. At the same time, they are transported to the root of the flame 8.
- a decrease in the fuel failure from the combustion chamber 1 is also facilitated by pressing the nozzle stream 5 against the funnel wall 3, which eliminates the formation of conglomerates of fuel particles capable of "punching” on this wall this stream and go to failure.
- This circumstance reduces losses with a mechanical underburning q $, as a result of which the efficiency of the combustion chamber 1 is increased, that is, its efficiency.
- the nozzle stream 5 directly washing the funnel wall 3 on which the burner 4 is mounted, contains the minimum amount of the smallest most erosive particles of ash and fuel. This reduces the erosive wear of the nozzle 5 washing the flow of the walls of the funnel 3 and the walls 2 of the combustion chamber 1, which increases the reliability of the vortex combustion chamber 1.
- the winding-off of part of the fuel to the central region of the vortex zone of the torch burning helps to equalize the concentration of fuel and air in the volume of the lower - vortex - part of the combustion chamber 1, which leads to equalization of heat generation in it and, as a result, equalization of the temperature field and lowering the temperature maximum.
- This circumstance reduces the intensity of pyroplastic transformations in the ash particles with the formation of fusible eutectics and, together with the aforementioned decrease in the effect of ash particles on the wall of the combustion chamber, reduces deposits on the walls of the combustion chamber 1, which increases the reliability of its operation.
- the invention can be used, practically, for the entire gamut of solid fossil fuels in a wide range of changes in its quality characteristics and particle size distribution, can improve the efficiency, reliability and safety of the furnace by reducing the likelihood of erosive wear of its walls and deposits on its walls
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
Abstract
Description
Вихревая топка Swirl chamber
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к области сжигания топлива, в частности, к вихревым топкам и может быть использовано для сжигания твердого органического топлива, например, на электростанциях.The present invention relates to the field of fuel combustion, in particular, to swirl furnaces and can be used for burning solid fossil fuels, for example, in power plants.
Предшествующий уровень техникиState of the art
В настоящее время возросла потребность в топках энергетических котлов, способных надежно работать при существенном изменении качественных характеристик твердого топлива, с приемлемой экономичностью сжигания, которая, прежде всего, характеризуется пониженной величиной потерь от механического недожога q4, и улучшенными экологическими показателями: пониженной генерацией окислов азота NOx и повышенным связыванием окислов серы SOx. Известна вихревая топка с установленной в верхней части горелкой и в нижней части соплом для подачи воздуха, SU, Al, 483559.Currently, there is an increased need for furnaces of energy boilers capable of reliable operation with a significant change in the quality characteristics of solid fuels, with acceptable combustion efficiency, which, first of all, is characterized by reduced losses from mechanical underburning q 4 and improved environmental performance: reduced generation of nitrogen oxides NO x and increased binding of sulfur oxides SO x . Known vortex furnace with installed in the upper part of the burner and in the lower part of the nozzle for supplying air, SU, Al, 483559.
Недостатком этого устройства является высокая степень эрозионного износа стенки топки вследствие воздействия на нее потока воздуха, выходящего из сопла и содержащего мелкие, наиболее эрозионноопасные частицы топлива и золы.The disadvantage of this device is the high degree of erosive wear of the furnace wall due to exposure to a stream of air coming out of the nozzle and containing the smallest, most erosive particles of fuel and ash.
Известна вихревая топка, содержащая камеру сгорания, включающую вертикальные стенки и сопряженные с ними наклонные стенки, горелку, вмонтированную в одну из вертикальных стенок, и сопло для подачи в камеру сгорания воздуха, CA5C, 1010306.Known vortex furnace containing a combustion chamber, including vertical walls and associated inclined walls, a burner mounted in one of the vertical walls, and a nozzle for supplying air to the combustion chamber, CA 5 C, 1010306.
Топливно-воздушная смесь, состоящая из грубоизмельченного топлива и первичного воздуха, подается во внутреннее пространство камеры сгорания, при этом ее скорость рассчитана таким образом, чтобы обеспечить сепарацию и распределение частиц топлива разных классов (крупности) по высоте камеры сгорания.The fuel-air mixture, consisting of coarsely ground fuel and primary air, is fed into the internal space of the combustion chamber, while its speed is calculated in such a way as to ensure separation and distribution of fuel particles of different classes (particle size) along the height of the combustion chamber.
Топливно-воздушная смесь внутри камеры сгорания воспламеняется и образует горящий факел, содержащий топочные газы и несгоревшие частицы топлива различных размеров, которые затем перемещаются под действием сил гравитации и инерции в нижнюю часть камеры сгорания.The air-fuel mixture inside the combustion chamber ignites and forms a burning torch containing flue gases and unburned fuel particles of various sizes, which are then moved under the action of gravity and inertia to the lower part of the combustion chamber.
Поток воздуха, который подается во внутреннее пространство камеры сгорания через сопло в направлении к месту ввода топливно-воздушной смеси в камеру сгорания на одной из ее стенок, поднимает находящиеся в нижней части камеры сгорания несгоревшие частицы топлива различных размеров и направляет их в верхнюю - корневую - часть горящего факела для сжигания.The air flow that is supplied into the internal space of the combustion chamber through the nozzle in the direction to the place of injection of the fuel-air mixture into the combustion chamber at one walls, raises unburned fuel particles of various sizes located in the lower part of the combustion chamber and directs them to the upper - root - part of the burning torch for combustion.
Подаваемый в нижнюю часть камеры сгорания поток вторичного воздуха характеризуется недостаточной интенсивностью процессов тепломассообмена в нем в силу малой турбулизации движения воздуха в потоке. Это приводит к тому, что процессы прогрева и выхода летучих крупных частиц топлива, находящихся в нижней части камеры сгорания, происходят медленно, на них затрачивается значительное количество тепла, а это замедляет воспламенение мелких частиц топлива, высушенных, прогретых и достаточно подготовленных к горению, находящихся в едином потоке с крупными частицами топлива. В силу этого процесс воспламенения топлива в потоке воздуха в нижней части камеры сгорания затягивается, что приводит к потере стабильности воспламенения корневой части факела. Это обусловливает неустойчивость процесса сжигания топлива, что может проявляться в повышении пульсации факела и возникновении хлопков в камере сгорания. Такая картина характерна для сжигания низкосортного трудновоспламеняемого топлива, отличающегося высокой влажностью или низким выходом летучих веществ.The secondary air stream supplied to the lower part of the combustion chamber is characterized by insufficient intensity of heat and mass transfer processes in it due to the small turbulization of the air movement in the stream. This leads to the fact that the processes of heating and exit of volatile large fuel particles located in the lower part of the combustion chamber occur slowly, a significant amount of heat is expended on them, and this slows the ignition of small fuel particles, dried, warmed up and sufficiently prepared for combustion, located in a single stream with large particles of fuel. Due to this, the process of ignition of fuel in the air stream in the lower part of the combustion chamber is delayed, which leads to a loss of stability of ignition of the root part of the torch. This causes instability of the fuel combustion process, which can be manifested in an increase in the pulsation of the torch and the occurrence of pops in the combustion chamber. This pattern is typical for the burning of low-grade flammable fuels, characterized by high humidity or low yield of volatile substances.
Кроме того, ввод воздуха в нижнюю часть камеры сгорания одним соплом приводит к повышенному износу наклонной стенки камеры сгорания (в случае если сопло направлено к этой стенке под углом) или к повышенному провалу несгоревшего топлива из камеры сгорания (в случае если сопло направлено вдоль этой стенки).In addition, the introduction of air into the lower part of the combustion chamber with one nozzle leads to increased wear of the inclined wall of the combustion chamber (if the nozzle is directed to this wall at an angle) or to an increased failure of unburned fuel from combustion chambers (if the nozzle is directed along this wall).
Известна также вихревая топка, содержащая камеру сгорания, включающую стенки, переходящие в нижней части в воронку, а также горелку, вмонтированную в стенку, и сопловое устройство для подачи воздуха в топку, выполненное в виде двух сопел с расходом в каждом из них, уменьшающимся по мере удаления от стенки с горелкой, RU, Cl, 2044218.Also known is a vortex furnace containing a combustion chamber, including walls passing into the funnel at the bottom, as well as a burner mounted in the wall, and a nozzle device for supplying air to the furnace, made in the form of two nozzles with a flow rate in each of them decreasing by the distance from the wall with the burner, RU, Cl, 2044218.
Данное техническое решение, принятое за прототип настоящего изобретения, обеспечивает повышение интенсивности процессов тепломассообмена, что повышает устойчивость воспламенения, например, при сжигании низкосортных (высоковлажных) топлив. Отвеивание мелких, наиболее эрозионноопасных частиц из ближнего к омываемой стенке камеры сгорания потока, несколько уменьшает эрозионное воздействие на нее. Однако потоки воздуха, выходящие из смежных сопел, перекрывают друг друга, при этом степень взаимодействия потоков возрастает по мере удаления от выходных отверстий сопел, так как потоки расширяются. Вследствие этого мелкие частицы вовлекаются в значительном количестве в перемешанный объем обоих потоков и взаимодействуют со стенкой камеры сгорания, что обусловливает ее износ. Кроме того, ввиду высокой интенсивности процессов тепломассообмена в нижней части камеры сгорания при сжигании топлива тонкого помола или с высокой удельной теплотой сгорания, может произойти чрезмерно высокое повышение температуры в отдельных зонах камеры сгорания, что обусловливает чрезмерный уровень образования окислов азота, а также возникновение активных отложений на стенках камеры сгорания соединений типа легкоплавких эвтектик, получающихся в результате пиропластических превращений в золовых частицах топлива.This technical solution, adopted as a prototype of the present invention, provides an increase in the intensity of heat and mass transfer, which increases the stability of ignition, for example, when burning low-grade (high-moisture) fuels. Winding out the smallest, most erosive particles from the stream closest to the wall being washed, somewhat reduces the erosive effect on it. However, the air flows leaving adjacent nozzles overlap each other, while the degree of interaction of the flows increases with distance from the nozzle outlets, as the flows expand. As a result, small particles are involved in a significant amount in the mixed volume of both flows and interact with the wall of the combustion chamber, which causes its wear. In addition, due to the high intensity of heat and mass transfer processes in the lower part of the combustion chamber when burning finely ground fuel or with a high specific heat of combustion, an excessively high temperature increase can occur in certain areas of the combustion chamber, which causes an excessive level of formation of nitrogen oxides, as well as the appearance of active deposits on the walls of the combustion chamber of compounds such as fusible eutectics resulting from pyroplastic transformations in ash particles of fuel.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В основу настоящего изобретения положено решение задачи уменьшения эрозионного воздействия на стенку камеры сгорания, а также выравнивание температурного поля в камере сгорания.The present invention is based on the solution of the problem of reducing the erosive effects on the wall of the combustion chamber, as well as the alignment of the temperature field in the combustion chamber.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в вихревой топке, содержащей камеру сгорания, включающую стенки, переходящие в нижней части в воронку, по меньшей мере, одну горелку, вмонтированную в стенку, и установленное в нижней части воронки сопловое устройство для подачи воздуха в топку, содержащее два сопла, одно из сопел направлено на внутреннюю поверхность воронки, расположенную со стороны горелки под углом 65°>α≥l°, а второе сопло ориентировано так, что угол между продольными осями обоих сопел составляет 75°>β>5° в плоскости, перпендикулярной внутренней поверхности воронки со стороны горелки; по меньшей мере, одно сопло может быть выполнено секционным; сопла могут быть снабжены регуляторами расхода.According to the invention, this problem is solved due to the fact that in a vortex furnace containing a combustion chamber, including walls passing in the lower part into the funnel, at least one burner mounted in the wall and a nozzle device for air supply installed in the lower part of the funnel into the furnace containing two nozzles, one of the nozzles is directed to the inner surface of the funnel located on the side of the burner at an angle of 65 °> α≥l °, and the second nozzle is oriented so that the angle between the longitudinal axes of both nozzles is 75 °> β> 5 ° in plane and, perpendicular to the inner surface of the funnel from the side of the burner; at least one nozzle may be made sectional; nozzles can be equipped with flow regulators.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «нoвизнa» (N).The applicant has not identified sources containing information on technical solutions identical to the present invention, which allows us to conclude that it is consistent the criterion of "novelty" (N).
Благодаря реализации существенных признаков изобретения объект приобретает весьма важное новое свойство, которое состоит в том, что потоки воздуха, выходящие из сопел, практически, не взаимодействуют друг с другом в нижней части камеры сгорания, что предотвращает попадание эрозионноопасных частиц на ее стенку. Кроме того, обеспечивается более равномерное распределение топлива в нижней части камеры сгорания, что обеспечивает выравнивание температурного поля (резкое уменьшение зон высокотемпературных максимумов), что значительно снижает образование окислов азота, а также предотвращает отложение легкоплавких эвтектик на стенках камеры сгорания.Due to the implementation of the essential features of the invention, the object acquires a very important new property, which consists in the fact that the air flows exiting the nozzles practically do not interact with each other in the lower part of the combustion chamber, which prevents erosion-hazardous particles from entering its wall. In addition, a more uniform distribution of fuel in the lower part of the combustion chamber is ensured, which ensures equalization of the temperature field (a sharp decrease in the zones of high-temperature maxima), which significantly reduces the formation of nitrogen oxides, and also prevents the deposition of fusible eutectics on the walls of the combustion chamber.
Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию «изoбpeтaтeльcкий уровень)) (IS).The applicant has not found any sources of information containing information about the impact of the claimed distinctive features on the technical result achieved as a result of their implementation. This, according to the applicant, indicates that this technical solution meets the criterion of "inventive step)) (IS).
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием примеров его осуществления со ссылками на чертежи, на которых изображено: на Фиг.l - принципиальная схема вихревой топки (продольный разрез); на фиг.2 — разрез по A-A в увеличенном масштабе.The invention is further explained in the detailed description of examples of its implementation with reference to the drawings, which depict: in Fig. 1 is a schematic diagram of a vortex furnace (longitudinal section); figure 2 is a section along AA in an enlarged scale.
5 Лучший вариант осуществления изобретения5 Best Mode for Carrying Out the Invention
Вихревая топка содержит камеру 1 сгорания, которая включает стенки 2, переходящие в нижней части в воронку 3.The swirl chamber contains a combustion chamber 1, which includes walls 2, passing at the bottom into a funnel 3.
В одну из стенок 2 вмонтирована горелка 4, имеющая в конкретном ю примере наклон в сторону воронки 3. В нижней части воронки 3 установлено сопловое устройство для подачи в камеру сгорания воздуха, содержащее сопло 5 и сопло 6. Сопло 5 направлено на внутреннюю поверхность воронки 3, расположенную со стороны горелки 4, под углом 65° > ос > 1°. При углах α < 1° поток воздуха изIn one of the walls 2, a burner 4 is mounted, having in a particular example a slope towards the funnel 3. At the bottom of the funnel 3, a nozzle device for supplying air to the combustion chamber is installed, comprising a nozzle 5 and a nozzle 6. The nozzle 5 is directed to the inner surface of the funnel 3 located on the side of the burner 4, at an angle of 65 °> oc> 1 °. At angles α <1 °, air flow from
15 сопла 5 идет, практически, вдоль стенки воронки 3 и недостаточно к ней прижат, что приводит к провалу из камеры 1 сгорания крупных несгоревших частиц топлива. При углах α > 65° возникает эффект разделения потока на отдельные струи, часть которых имеет направление в сторону нижнего выходного отверстия камеры 0 1 сгорания. Сопло 6 ориентировано таким образом, что угол между продольными осями сопел 5 и 6 составляет 75°> β> 5° в плоскости, перпендикулярной наклонной стенке воронки 3 со стороны горелки 4. При β < 5° заявленный технический результат не достигается, и устройству будут свойственны недостатки, отмеченные у15 nozzle 5 goes almost along the wall of the funnel 3 and is not pressed enough to it, which leads to a failure of the combustion chamber 1 of large unburned fuel particles. At angles α> 65 °, the effect of separation of the flow into separate jets occurs, part of which has a direction towards the lower outlet of the combustion chamber 0 1. The nozzle 6 is oriented in such a way that the angle between the longitudinal axes of the nozzles 5 and 6 is 75 °> β> 5 ° in the plane perpendicular to the inclined wall of the funnel 3 from the side of burner 4. For β <5 °, the claimed technical result is not achieved, and the device will the disadvantages noted in
25 прототипа. При β > 75° не происходит образования вихря в центральной зоне нижней части камеры 1 сгорания. Сопло 6 будет работать в так называемом «фoнтaниpyющeм» режиме.25 prototypes. At β> 75 °, no vortex formation in the central zone of the lower part of the combustion chamber 1. Nozzle 6 will operate in the so-called “fading” mode.
В конкретном примере сопла 5 и 6 снабжены регуляторами расхода в виде шиберов 7. Сопла 5 и 6 могут быть секционными (например, цилиндрическими или щелевыми).In a specific example, the nozzles 5 and 6 are equipped with flow regulators in the form of gates 7. The nozzles 5 and 6 can be sectional (for example, cylindrical or slotted).
При сжигании топлив с высоким содержанием серы и высокой удельной теплотой сгорания возможна дополнительная подача в сопло 6 продуктов сгорания (например, уходящих из топки газов) для повышения эффективности регулирования процессов горения, снижения вероятности образования легкоплавких эвтектик из частиц золы, снижения генерации окислов азота и повышения связывания окислов серы в нижней части камеры 1 сгорания. Вихревая топка работает следующим образом:When burning fuels with a high sulfur content and high specific heat of combustion, an additional supply of 6 combustion products (for example, exhaust gases) to the nozzle is possible to increase the efficiency of regulation of combustion processes, reduce the likelihood of the formation of fusible eutectics from ash particles, reduce the generation of nitrogen oxides and increase binding sulfur oxides at the bottom of the combustion chamber 1. The swirl chamber works as follows:
Топливно-воздушная смесь, состоящая из измельченного топлива и воздуха, подается посредством горелки 4 во внутреннее пространство камеры 1 сгорания, при этом количество движения (расход, скорость) воздуха выбирается таким, чтобы обеспечить сепарацию и распределение частиц топлива разных размеров (фракций) по объему (высоте) камеры 1 сгорания. Топливно- воздушная смесь внутри камеры 1 сгорания воспламеняется и образует горящий факел 8, в котором сгорают самые мелкие частицы топлива. В процессе горения частиц топлива образуются газообразные продукты сгорания и зола. Часть несгоревших частиц топлива и часть золовых частиц под действием сил гравитации и инерции сепарируются в нижнюю часть камеры 1 сгорания в вихревую зону 9 горения. Воздух нижнего дутья через сопла 5 и 6 подается двумя потоками в нижнюю часть камеры 1 сгорания.The fuel-air mixture, consisting of crushed fuel and air, is supplied through the burner 4 to the internal space of the combustion chamber 1, while the amount of movement (flow rate, speed) of the air is selected so as to ensure separation and distribution of fuel particles of different sizes (fractions) by volume (height) of the combustion chamber 1. The fuel-air mixture inside the combustion chamber 1 ignites and forms a burning torch 8, in which the smallest particles of fuel are burned. In the process of burning fuel particles, gaseous products of combustion and ash are formed. Part of unburned fuel particles and part of ash particles under the influence of gravity and inertia is separated into the lower part of the combustion chamber 1 into the vortex combustion zone 9. The air of the lower blast through nozzles 5 and 6 is supplied in two streams to the lower part of the combustion chamber 1.
Подача воздуха нижнего дутья двумя соплами 5, 6 под различными углами ввода в нижнюю часть камеры 1 сгорания обусловливает формирование двух независимых потоков. Ближний к внутренней поверхности воронки 3 поток прижат к ней за счет установки сопла 5 под углом 65°>α>l° к воронке. Поток воздуха, выходящий из сопла 6, создает циркуляцию мелких частиц во внутренней области вихревой зоны 9 горения.The supply of lower blast air with two nozzles 5, 6 at different angles of entry into the lower part of the combustion chamber 1 causes the formation of two independent flows. The stream closest to the inner surface of the funnel 3 is pressed against it by installing the nozzle 5 at an angle of 65 °> α> l ° to the funnel. The air stream leaving the nozzle 6 creates a circulation of small particles in the inner region of the vortex zone 9 of combustion.
Находящиеся в нижней части камеры 1 сгорания частицы топлива и золы попадают в потоки воздуха нижнего дутья и разделяются по размерам (классам крупности, фракциям) за счет воздействия на них последовательно этих потоков, при этом крупные (наиболее массивные) частицы топлива попадают в поток, выходящий из сопла 5, а мелкие частицы топлива и золовые — в поток из сопла 6. Расход потока сопла 6 должен обеспечить отвеивание мелких частиц топлива и золы от крупных частиц топлива и транспортировку их в центральную область вихревой зоны 9 горения. Расход потока из сопла 5 должен обеспечить удержание крупных частиц топлива в камере 1 сгорания, сократив их провал из камеры 1 сгорания. При этом обеспечивается их транспортировка в корневую часть факела 8. Уменьшению провала топлива из камеры 1 сгорания способствует также прижатие потока сопла 5 к стенке воронки 3, что исключает формирование на этой стенке конгломератов топливных частиц, способных "пробивать" этот поток и уходить в провал. Это обстоятельство снижает потери с механическим недожогом q$, вследствие чего повышается экономичность работы камеры 1 сгорания, то есть ее коэффициент полезного действия. Из двух потоков, подаваемых соплами 5, 6, поток сопла 5, непосредственно омывающий стенку воронки 3, на которой установлена горелка 4, содержит минимальное количество мелких наиболее эрозионноопасных частиц золы и топлива. Это уменьшает эрозионный износ омывающих потоком сопла 5 стенки воронки 3 и стенки 2 камеры 1 сгорания, что повышает надежность работы вихревой камеры 1 сгорания.The particles of fuel and ash located in the lower part of the combustion chamber 1 fall into the air flows of the lower blast and are separated by size (particle size, fractions) due to the influence of these flows in series, while large (most massive) fuel particles enter the stream leaving from the nozzle 5, and small particles of fuel and ash into the stream from the nozzle 6. The flow rate of the nozzle 6 should ensure the winding off of small particles of fuel and ash from large particles of fuel and transporting them to the central region of the vortex zone 9 of combustion. The flow rate from the nozzle 5 should ensure the retention of large particles of fuel in the combustion chamber 1, reducing their failure from the combustion chamber 1. At the same time, they are transported to the root of the flame 8. A decrease in the fuel failure from the combustion chamber 1 is also facilitated by pressing the nozzle stream 5 against the funnel wall 3, which eliminates the formation of conglomerates of fuel particles capable of "punching" on this wall this stream and go to failure. This circumstance reduces losses with a mechanical underburning q $, as a result of which the efficiency of the combustion chamber 1 is increased, that is, its efficiency. Of the two flows supplied by the nozzles 5, 6, the nozzle stream 5, directly washing the funnel wall 3 on which the burner 4 is mounted, contains the minimum amount of the smallest most erosive particles of ash and fuel. This reduces the erosive wear of the nozzle 5 washing the flow of the walls of the funnel 3 and the walls 2 of the combustion chamber 1, which increases the reliability of the vortex combustion chamber 1.
Отвеивание части топлива в центральную область вихревой зоны 9 горения факела способствует выравниванию концентрации топлива и воздуха в объеме нижней — вихревой — части камеры 1 сгорания, что приводит к выравниванию в ней тепловыделения и, как результат, выравниванию поля температуры и снижению температурного максимума. Это обстоятельство снижает интенсивность пиропластических превращений в золовых частицах с образованием легкоплавких эвтектик и, вместе с вышеуказанным уменьшением воздействия золовых частиц на стенку камеры сгорания, снижает отложения на стенках камеры 1 сгорания, что повышает надежность ее работы.The winding-off of part of the fuel to the central region of the vortex zone of the torch burning helps to equalize the concentration of fuel and air in the volume of the lower - vortex - part of the combustion chamber 1, which leads to equalization of heat generation in it and, as a result, equalization of the temperature field and lowering the temperature maximum. This circumstance reduces the intensity of pyroplastic transformations in the ash particles with the formation of fusible eutectics and, together with the aforementioned decrease in the effect of ash particles on the wall of the combustion chamber, reduces deposits on the walls of the combustion chamber 1, which increases the reliability of its operation.
Кроме того, пониженный уровень температуры снижает образование окислов азота. Это же обстоятельство, в сочетании с многократной циркуляцией золовых частиц в вихревой зоне, приводит к значительному повышению связывания окислов серы. Таким образом, улучшаются экологические показатели устройства.In addition, a lower temperature level reduces the formation of nitrogen oxides. The same circumstance, combined with repeated circulation of ash particles in the vortex zone, leads to a significant increase in the binding of sulfur oxides. Thus, improving the environmental performance of the device.
Изобретение может быть использовано, практически, для всей гаммы твердого органического топлива в широком диапазоне изменения его качественных характеристик и гранулометрического состава, позволяет повысить коэффициент полезного действия, надежность и безопасность работы топки за счет снижения вероятности эрозионного износа ее стен и отложений на ее стенахThe invention can be used, practically, for the entire gamut of solid fossil fuels in a wide range of changes in its quality characteristics and particle size distribution, can improve the efficiency, reliability and safety of the furnace by reducing the likelihood of erosive wear of its walls and deposits on its walls
(их шлакования), а также снизить образование окислов азота за счет снижения и выравнивания общего уровня температуры в топке, и повысить связывание окислов серы основными окислами минеральной части топлива за счет увеличения скорости этих химических реакций при снижении уровня температуры.(their slagging), and also to reduce the formation of nitrogen oxides by lowering and leveling the overall temperature level in the furnace, and to increase the binding of sulfur oxides to the main oxides of the mineral part of the fuel by increasing the rate of these chemical reactions while lowering the temperature level.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Для реализации вихревой топки использовано известное несложное промышленное оборудование и распространенные в данной области техники материалы, что обусловливает соответствие изобретения критерию «пpoмыпшeннaя применимость)) (IA). For the implementation of the vortex furnace, the well-known simple industrial equipment and materials common in the art are used, which determines the compliance of the invention with the criterion “industrial applicability)) (IA).
Claims
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200700550A UA83759C2 (en) | 2004-06-28 | 2005-02-21 | Swirling - type furnace |
| EA200602188A EA008689B1 (en) | 2004-06-28 | 2005-02-21 | Swirling-type furnace |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004120099 | 2004-06-28 | ||
| RU2004120099/06A RU2253799C1 (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Vortex furnace |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2006004453A1 true WO2006004453A1 (en) | 2006-01-12 |
Family
ID=35783156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2005/000082 Ceased WO2006004453A1 (en) | 2004-06-28 | 2005-02-21 | Swirling-type furnace |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA008689B1 (en) |
| RU (1) | RU2253799C1 (en) |
| UA (1) | UA83759C2 (en) |
| WO (1) | WO2006004453A1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2349835C2 (en) * | 2007-03-05 | 2009-03-20 | Закрытое акционерное общество "НЕВЭНЕРГОПРОМ" (ЗАО "НЕВЭНЕРГОПРОМ") | Method for burning of solid fuel in swirling-type furnace and swirling-type furnace for its realisation |
| RU2331017C1 (en) * | 2007-07-23 | 2008-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Политехэнерго" | Swirling type furnace |
| CN103423736A (en) * | 2013-08-16 | 2013-12-04 | 金华隆鑫新能源科技有限公司 | Air supply system of biomass particle combustion furnace |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU987286A1 (en) * | 1980-08-04 | 1983-01-07 | Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Vortex-type furnace |
| DE3403981A1 (en) * | 1984-02-04 | 1985-08-14 | Deutsche Babcock Werke AG, 4200 Oberhausen | Process and apparatus for the operation of a furnace with a reduced formation of nitrogen oxides |
| RU2044218C1 (en) * | 1994-01-25 | 1995-09-20 | Юрий Александрович Рундыгин | Method of combustion of fuel and vortex combustion chamber |
| RU2087787C1 (en) * | 1992-01-23 | 1997-08-20 | Иосиф Иванович Беловицкий | Quick-detachable joint |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3867909A (en) * | 1973-11-19 | 1975-02-25 | Foster Wheeler Corp | Slag prevention air slots in furnace sidewalls |
| RU2087798C1 (en) * | 1993-07-05 | 1997-08-20 | Малое государственное внедренческое предприятие "Политехэнерго" | Method of burning solid fuel and furnace for doing same |
| RU29981U1 (en) * | 2002-10-02 | 2003-06-10 | Открытое акционерное общество "Таганрогский котлостроительный завод "Красный котельщик" | Furnace device |
-
2004
- 2004-06-28 RU RU2004120099/06A patent/RU2253799C1/en active
-
2005
- 2005-02-21 EA EA200602188A patent/EA008689B1/en not_active IP Right Cessation
- 2005-02-21 WO PCT/RU2005/000082 patent/WO2006004453A1/en not_active Ceased
- 2005-02-21 UA UAA200700550A patent/UA83759C2/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU987286A1 (en) * | 1980-08-04 | 1983-01-07 | Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Vortex-type furnace |
| DE3403981A1 (en) * | 1984-02-04 | 1985-08-14 | Deutsche Babcock Werke AG, 4200 Oberhausen | Process and apparatus for the operation of a furnace with a reduced formation of nitrogen oxides |
| RU2087787C1 (en) * | 1992-01-23 | 1997-08-20 | Иосиф Иванович Беловицкий | Quick-detachable joint |
| RU2044218C1 (en) * | 1994-01-25 | 1995-09-20 | Юрий Александрович Рундыгин | Method of combustion of fuel and vortex combustion chamber |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA008689B1 (en) | 2007-06-29 |
| RU2253799C1 (en) | 2005-06-10 |
| EA200602188A1 (en) | 2007-04-27 |
| UA83759C2 (en) | 2008-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1228507A (en) | System for injecting overfire air into a tangentially-fired furnace | |
| AU2003212026B2 (en) | Nox-reduced combustion of concentrated coal streams | |
| US9752773B2 (en) | Apparatus and method of controlling the thermal performance of an oxygen-fired boiler | |
| BG64878B1 (en) | Solid fuel burner and method for the adjustment of burning effected by the solid fuel burner | |
| KR100417940B1 (en) | Method of operating a tangential firing system | |
| US20130255551A1 (en) | Biomass Combustion | |
| WO2016081233A1 (en) | Combustion apparatus and method for reduction of nox emissions using nitrogenous reagents with re-burning | |
| RU2348861C1 (en) | Swirling-type furnace for solid fuel ignition | |
| RU2253799C1 (en) | Vortex furnace | |
| US5311829A (en) | Method for reduction of sulfur oxides and particulates in coal combustion exhaust gases | |
| IL171017A (en) | Air-separated air systems for heaters fed with crushed coal | |
| US4515088A (en) | Burner for pellets | |
| RU2253800C1 (en) | Vortex furnace | |
| KR20070105380A (en) | Combustion Method and System | |
| KR20170132742A (en) | Down shot burner | |
| JPH01200106A (en) | Method and device of feeding combustion air | |
| RU2253801C1 (en) | Vortex furnace | |
| RU2132016C1 (en) | Swirling-type low-temperature furnace | |
| JP5537299B2 (en) | Combustion chamber of waste treatment equipment | |
| RU208257U1 (en) | Vortex furnace | |
| JP4007306B2 (en) | Powder combustion apparatus and powder combustion method | |
| WO2020120828A1 (en) | Method for burning fuel, burner and boiler | |
| JP6102544B2 (en) | Coal burning burner | |
| CN112762438B (en) | A coal powder pretreatment ultra-low nitrogen combustion equipment | |
| RU2044218C1 (en) | Method of combustion of fuel and vortex combustion chamber |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW |
|
| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| DPEN | Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101) | ||
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 200602188 Country of ref document: EA |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| WWW | Wipo information: withdrawn in national office |
Country of ref document: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |