CS254745B1

CS254745B1 - Burner for two-stage pulverized coal combustion

Info

Publication number: CS254745B1
Application number: CS866579A
Authority: CS
Inventors: Josef Smalek; Vladimir Adamek; Cenek Bem; Milos Bursik; Engelbert Siroky
Original assignee: Josef Smalek; Vladimir Adamek; Cenek Bem; Milos Bursik; Engelbert Siroky
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1988-01-15
Also published as: CS657986A1

Abstract

Hořák je řešen tak, že má uvnitř spalovacího prostoru prvního stupně rekuperační vložku sekundárního vzduchu a rekuperační vložku terciárního vzduchu, které jsou od sébe vzájemně oddělené přepážkou, přičemž mezi rekuperečními vložkami a vnitřním pláštěm jsou vodicí žebra. Zároveň trubka přívodu práškového uhlí prochází žebrovým vířičem sekundárního vzduchu a je na výstupu opatřena regulační kuželkou s lopatkovým vířičem. Hořák má dále v rekuperační vložce terciárního vzduchu v hořákovém ústí trysky terciárního vzduchu.The burner is designed so that it has a secondary air recovery insert and a tertiary air recovery insert inside the combustion chamber of the first stage, which are separated from each other by a partition, with guide ribs between the recovery inserts and the inner casing. At the same time, the pulverized coal supply pipe passes through a secondary air fin swirler and is equipped with a regulating cone with a blade swirler at the outlet. The burner also has tertiary air nozzles in the tertiary air recovery insert in the burner mouth.

Description

(54) Hořák pro dvoustupňové spalování práškového uhlí(54) Burner for two-stage pulverized coal combustion

Hořák je řešen tak, že má uvnitř spalovacího prostoru prvního stupně rekuperační vložku sekundárního vzduchu a rekuperační vložku terciárního vzduchu, které jsou od sébe vzájemně oddělené přepážkou, přičemž mezi rekuperečními vložkami a vnitřním pláštěm jsou vodicí žebra. Zároveň trubka přívodu práškového uhlí prochází žebrovým vířičem sekundárního vzduchu a je na výstupu opatřena regulační kuželkou s lopatkovým vířičem. Hořák má dále v rekuperační vložce terciárního vzduchu v hořákovém ústí trysky terciárního vzduchu.The burner is designed to have a secondary air recovery insert and a tertiary air recovery insert within the combustion chamber of the first stage, which are separated from each other by a partition, with guide ribs between the recuperation liners and the inner shell. At the same time, the pulverized coal feed tube passes through a fin swirl of secondary air and is provided at the outlet with a regulating plug with a vane swirl. The burner further has a tertiary air nozzle in the tertiary air recovery insert in the burner mouth.

Vynález se vztahuje ke konstrukčnímu uspořádání hořáku pro dvoustupňové spalování práškového uhlí, který má vnitřní rekuperaci tepla do sekundárního a terciárního spalovacího vzduchu a může být s výhodou proveden jako hořák pro kombinované spalování práškového uhlí s plynem nebo s olejem a hodí se pro přitápění spalinových kotlů nebo pro vytápění kotlů malých výkonů.The invention relates to a two-stage pulverized coal burner having internal heat recovery into secondary and tertiary combustion air, and may preferably be a burner for the combined combustion of pulverized coal with gas or oil and suitable for the combustion of combustion gas boilers or for heating of low output boilers.

Jednou z výhodných možností využívání odpadního tepla u průmyslových pecí je použití spalinových kotlů. Získá se tak velká část citelného tepla spalin, která by jinak odcházela bez užitku do komína. Tímto teplem se pak ohřívá voda, většinou určená k vytápění anebo se dokonce vyrábí pára, která může být použita k nejrůznějším účelům. Ve velkých závodech, které mají k dispozici turbiny, je možné získanou páru využít i k výrobě elektřiny. Jak patrno má tedy pára přednost před horkou vodou, především pro svou univerzálnost použití a zejména pro možnost celoročního využívání. Spalinové kotle jsou velmi hospodárné a lze prokázat, že jsou dobrou investicí s’krátkou dobou návratnosti. Přesto však i zde existuje určitá nevýhodnost. Ta spočívá v provozu pecí, jejichž spalin se využívá. Dnes jsou všechny velké pece opat řeny zařízením pro automatickou regulaci teploty v pracovním prostoru.One of the preferred ways of utilizing waste heat in industrial furnaces is the use of flue gas boilers. This yields a large portion of the sensible heat of the flue gas, which would otherwise be sent to the chimney without use. This heat then heats the water, mostly intended for heating, or even generates steam, which can be used for a variety of purposes. In large plants that have turbines available, the steam can also be used to generate electricity. As can be seen, steam has priority over hot water, especially because of its versatility in use and, in particular, for year-round use. Combustion boilers are very economical and can be proven to be a good investment with a short payback period. Nevertheless, there is also a disadvantage. This consists in the operation of furnaces whose flue gas is used. Today, all large furnaces are equipped with a device for automatic temperature control in the working area.

Tato regulace se provádí uzavíráním nebo omezováním příkonu paliva do regulované zóny, čímž dochází ke změnám v produkci množství spalin a také k změně jejich teploty. To vede k řešení, že se bu3 spalinové kotle počítají na zaručené minimální množství spalin a zbytek se vede obchozem nevyužit do komína, anebo v lepších, případech, je nutné spalinový kotel opat řit vlastním přitápěním. Tato druhá možnost je velmi výhodná proto, že jednak se dá vždy využít teplo z celého množství spalin a zároveň zajistit automatickou regulaci přitápění jeho konstantní výši. Druhá výhoda spočívá v tom, že při nízké vstupní teplotě spalin ji ize přitápěním zvýšit tak, aby bylo možné vyrobit páru o tlaku potřebném pro chod turbiny.This control is effected by closing or limiting the fuel input to the controlled zone, thereby altering the production of the flue gas quantity and also the temperature change thereof. This leads to the solution that either the flue gas boilers are counted on a guaranteed minimum amount of flue gas and the rest is led through the shop not used in the chimney, or in better cases it is necessary to provide the flue gas boiler with its own heating. This second possibility is very advantageous because, on the one hand, it is always possible to utilize the heat from the entire amount of the flue gas and at the same time to ensure the automatic regulation of the additional heating to its constant amount. A second advantage is that at a low inlet temperature of the flue gas, it can be increased by heating so that it is possible to produce steam at the pressure required to run the turbine.

Důležitost přitápění spalinových kotlů vyplývá ze skutečnosti, že některé ohřívací pece produkují obrovské množství spalin s nízkým teplotním potenciálem, ale se značným kvantem využitelného tepla, které by se dalo jinak použít nejvýše k výrobě horké vody. Jestliže však mají spalinové kotle vysokou účinnost ekonomickou proto, že teplo ze spalin nic nestojí, je otázka paliva pro přitápění po ekonomické stránce otázkou dominantní. Přitápění se obvykle děje plynem nebo kapalným palivem. Tam kde je k dispozici vysokopecní plyn, je cena energie na přitápění nevýznamná. Jiná situace je ale v závodech, které mají jen některé z ušlechtilých' paliv např. zemní plyn. To pak přitápění spalinového kotle ekonomicky velmi znevýhodňuje se všemi důsledky o nichž již byla zmínka.The importance of heating the flue-gas boilers results from the fact that some heating furnaces produce a huge amount of flue gas with a low temperature potential but with a considerable amount of usable heat that could otherwise be used at most to produce hot water. However, if flue gas boilers have a high economic efficiency because the heat from the flue gas costs nothing, the question of fuel for additional heating is economically the question. Heating is usually done by gas or liquid fuel. Where blast furnace gas is available, the cost of additional heating energy is insignificant. The situation is different, however, in plants that have only some of the noble fuels, such as natural gas. This in turn heats the flue gas boiler economically very disadvantageous with all the consequences already mentioned.

Popsanou nevýhodu řeší hořák pro dvoustupňové spalování práškového uhlí, který je sestaven z vnějšího pláště s izolací, z vnitřního pláště, z přívodu sekundárního vzduchu a přívodu terciárního vzduchu, z hořákové desky, z trubky přívodu práškového uhlí, ze zapalovací a hlídací soustavy a z hořákového ústí, které má podle vynálezu uvnitř spalovacího prostoru prvního stupně rekuperační vložku sekundárního vzduchu a rekuperační vložku terciárního vzduchu vzájemně od sebe oddělené přepážkou, při čemž mezi rekuperačními vložkami a vnitřním pláštěm jsou vodicí žebra. U tohoto horáku dále podle vynálezu prochází trubka přívodu práško vého uhlí žebrovým vířičem sekundárního vzduchu a je na výstupu opatřena regulační kuželkou s lopatkovým vířičem. Hořák má dále podle vynálezu v rekuperační vložce terciárního vzduchu v hořákovém ústí trysky terciárního vzduchu.The described disadvantage is solved by a burner for two-stage pulverized coal combustion, which consists of an outer jacket with insulation, inner jacket, secondary air and tertiary air inlet, burner plate, pulverized coal inlet pipe, ignition and monitoring system and burner orifice. In accordance with the invention, within the combustion chamber of the first stage, the secondary air recovery insert and the tertiary air recovery insert are separated from one another by a baffle, the guide ribs being between the recovery inserts and the inner jacket. In this burner, according to the invention, the pulverized coal supply tube passes through a fin swirl of secondary air and is provided at the outlet with a regulating plug with a vane swirler. The burner further has a tertiary air nozzle in the tertiary air recovery insert in the burner mouth.

Předností hořáku pro dvoustupňové spalování práškového uhlí, provedeného podle vynálezu, je možnost jeho použití u jakéhokoliv spalinového kotle, u nějž je nutno upravovat množství a teplotu spalin. Při tom rozdíl v ceně paliva pro toto přitápění proti plynu nebo kapalnému palivu je jeho největší výhodou při zachování přednosti plynového hořáku.The advantage of the two-stage pulverized coal burner according to the invention is that it can be used in any flue gas boiler in which the amount and temperature of the flue gas need to be adjusted. At the same time, the difference in fuel price for this additional heating against gas or liquid fuel is its greatest advantage while maintaining the advantage of the gas burner.

Ta spočívá v tom, že hořák podle vynálezu je možné provozovat a regulovat zcela automaticky v závislosti na množství a teplotě spalin přicházejících z pecí. Hořák je možné řešit jako kombinovaný, pro spalování práškového uhlí a plynu nebo oleje. Výhoda spočívá v tom, že v době, kdy je k dispozici přebytek plynu, může jeho podíl při spalování stoupnout.This is because the burner according to the invention can be operated and controlled completely automatically depending on the amount and temperature of the flue gases coming from the furnaces. The burner can be designed as a combined burner for pulverized coal and gas or oil combustion. The advantage is that at the time when excess gas is available, its proportion during combustion may increase.

Dvoustupňové spalování a vnitřní rekuperace tepla do sekundárního a terciárního spalovacího vzduchu umožňují jednak rychlé a dokonalé hoření paliva a navíc snižují teplotu hoření, čímž přispívají k snížení tvorby oxidů dusíku. Uspořádáni hořáku umožňuje změnou množství sekundárního a terciárního vzduchu použití práškového uhlí různé jakosti podle obsahu těkavých látek.Two-stage combustion and internal heat recovery into secondary and tertiary combustion air allow both rapid and perfect combustion of fuel and lower the combustion temperature, thus contributing to the reduction of nitrogen oxide formation. By varying the amount of secondary and tertiary air, the burner arrangement allows the use of pulverized coal of different qualities depending on the volatile content.

Sekundární i terciární spalovací vzduch se ohřívá teplem z plamene ve spalovacím·; prostoru prvního stupně konvekcí na rekuperačních vložkách, při čemž účinný přestup tepla na straně vzduchu podporují vodící žebra. Terciární vzduch vstupuje do plamene tryskami v hořákovém ústí a ukončuje dokonalé spalování pevného podílu práškového uhlí před vstupem do spalinového kotle. Žebrový vírič způsobuje rotaci sekundárního vzduchu ve spalovacím prostoru prvního stupně a dokonalé promísení s práškovým uhlím, který je sem dopravován primárním vzduchem a jeho pohyb je usměrňován regulační kuželkou s-lopatkovým vířičem.Secondary and tertiary combustion air is heated by heat from the flame in the combustion; In the first stage of the convection on recuperative inserts, the guide ribs support the efficient heat transfer on the air side. The tertiary air enters the flame through the nozzles in the burner mouth and terminates the perfect combustion of the solids of pulverized coal before entering the flue gas boiler. The fin swirl causes the rotation of the secondary air in the combustion chamber of the first stage and perfect mixing with the pulverized coal which is transported here by the primary air and its movement is controlled by the regulating plug of the twin-blade swirler.

Protože i terciární vzduch je při průchodu výstupními tryskami usměrňován do šroubovicového pohybu, je zaručeno dokonalé promísení paliva se vzduchem a tedy vysoká účinnost spalování.Since the tertiary air is also directed in a helical motion when passing through the outlet nozzles, a perfect mixing of the fuel with the air and thus a high combustion efficiency is guaranteed.

Příklad konstrukčního uspořádání hořáku pro dvoustupňové spalování přáškového uhlí podle vynálezu je naznačen na přiloženém výkresu. Jde o provedení kombinovaného hořáku pro spalování práškového uhlí a plynu. Na obr. 1 je podélný řez hořákem, na obr. 2 příčný řez.An example of the construction of a burner for two-stage pulverized coal combustion according to the invention is shown in the attached drawing. It is a combination burner for pulverized coal and gas combustion. Fig. 1 is a longitudinal section through the burner; Fig. 2 is a cross section.

Hořák pro dvoustupňové spalování práškového uhlí sestává z vnějšího pláště 2 ^s izolací 2 z keramických vláken, z vnitřního pláště 3_, z přívodu 12 sekundárního vzduchu a z přívodu terciárního vzduchu oba v tangenciálním provedení, dále z hořákové desky 4., z trubky 5. přívodu přáškového uhlí s primárním vzduchem a z trubky 18 přívodu plynu s plynovými tryskami 19, ze zapalovací a hlídací soustavy £, která má uvnitř spalovacího prostoru _8 prvního stupně rekuperační vložku sekundárního vzduchu a rekuperační vložku 10 terciárního vzduchu vzájemně od sebe oddělené přepážkou 11 s výhodou provedenou v podobě příruby usnadňující montáž hořáku. Mezi rekuperačními vložkami 9_, 10 a vnitřním pláštěm 3, jsou situována vodicí žebra provedená ve tvaru šroubovice. Trubka 5. přívodu práškového uhlí s primárním vzduchem, umístěná v trubce 18 přívodu plynu s plynovými tryskami 19, prochází žebrovým vířičem 15. sekundárního vzduchu a je na výstupu 16 opatřena regulační kuželkou s lopatkovým vířičem 17, která je ovládána táhlem 21.The burner for the two-stage pulverized coal combustion consists of an outer casing 2 ^with ceramic fiber insulation 2, an inner casing 3, a secondary air inlet 12 and a tertiary air supply both in tangential design, a burner plate 4, a powder feed tube 5. primary air coal and gas supply tube 18 with gas nozzles 19, of an ignition and monitoring system 8 having a secondary air recovery insert and a tertiary air recovery insert 10 separated from one another by a partition 11, preferably in the form of flanges facilitating burner assembly. Between the regenerative inserts 9, 10 and the inner casing 3, there are located helical ribs. The primary air pulverized coal supply tube 5, located in the gas inlet tube 18 with the gas nozzles 19, passes through a fin swirl 15 of the secondary air and is provided at the outlet 16 with a regulating plug with a vane swirler 17 which is actuated by a rod 21.

Spalovací prostor 8, prvního stupně je ukončen hořákovým ústím. Tj vytvořeným rekuperační vložkou terciárního vzduchu 10 v níž jsou situovány trysky 20 teriárního vzduchu. Hořákové ústí 2 může být chráněno keramickou vložkou, která zde není naznačena. Ke konstrukci spalovací komory druhého stupně, která je součástí spalinového kotle a není zde rovněž naznačena, je hořák připevněn hořákovou deskou £.The combustion chamber 8 of the first stage is terminated by a burner orifice. That is, a tertiary air recovery insert 10 in which the tertiary air nozzles 20 are situated. The burner orifice 2 may be protected by a ceramic insert which is not indicated herein. To the second stage combustion chamber structure, which is part of the flue gas boiler and is also not indicated here, the burner is secured by a burner plate 6.

Hořák pro dvoustupňové spalování práškového uhlí podle vynálezu, který je proveden jako kombinovaný, pracuje takto:The two-stage pulverized coal burner according to the invention, which is designed as a combined burner, operates as follows:

Do spalovacího prostoru J3 prvního stupně přichází směs práškového uhlí a primárního vzduchu trubkou 5 přívodu práškového uhlí. Na výstupu 16 je směs zvířena lopatkovým vířičem na regulační kuželce 17. Současně porudí do spalovacího prostoru 2 sekundární vzduch přiváděný do hořáku přívodem 12 sekundárního vzduchu a· předehřátý průchodem mezikružím mezi vnitřním pláštěm 3 a rekuperační vložkou 9_, kudy je veden ve šroubovici žebry 14.The pulverized coal and primary air mixture enters the combustion chamber 13 of the first stage through the pulverized coal supply pipe 5. At the outlet 16, the mixture is swirled by a vortex swirler on the control plug 17. At the same time, the secondary air supplied to the burner by the secondary air inlet 12 and preheated by an annular passage between the inner casing 3 and the regenerative insert 9 passes through the ribs 14.

V čele hořáku je pohyb sekundárního vzduchu usměrněn žebrovým vířičem 15 do rotace, mísí se zde s palivem a způsobuje jeho částečné vyhoření. Teplem plamene se ohřívá rekuperační vložka 9, která pak předává konvekcí teplo sekundárnímu vzduchu. Podle potřeb provozovatele může do spalovacího prostoru 2 současně také trubkou 18 přívodu plynu přicházet topný plyn, který je na výstupu zvířen plynovými tryskami 19 a zúčastňuje se spalování, zapalovací a hlídací soustava kontroluje hoření.At the front of the burner, the movement of the secondary air is directed by the fin swirl 15 into rotation, mixing with the fuel and causing it to burn partially. The heat of the flame heats the heat recovery insert 9, which then converts heat to the secondary air. Depending on the needs of the operator, the combustion chamber 2 can also be supplied with fuel gas through the gas supply pipe 18, which is at the outlet of the animals by gas nozzles 19 and participates in the combustion, the ignition and monitoring system controls combustion.

Ve spalovacím prostoru 8 prvního stupně se teplem z plamene uvolňují z práškového uhlí těkavé látky a hoří zde. Zbytek paliva tvoří práškový koks, který začne hořet po smísení s terciárním vzduchem v hořákovém dští _7 a vytvoří plamen, který míří do spalovacího prostoru druhého stupně, jenž je součástí spalinového kotle. Terciární vzduch je přiváděn tangenciálním přívodem 1JJ terciárního vzduchu a rovněž se ohřívá průchodem mezikružím mezi vnitř# ním pláštěm a rekuperační vložkou 10 terciárního vzduchu a do hořákového pstí vystupuje tryskami 20 natočenými vhodně tak, aby se zajistilo co ňejlepši promísení terciárního vzduchu s palivem. Regulační kuželkou 17 s lopatkovým vířičem ovládanou táhlem 21 je možné upravovat, podle jakosti uhlí, plamen ve spalovacím prostoru 8, prvního stupně. S pomocí zařízení pro automatickóu regulaci se upravuje množství spáleného paliva a příp. i vzájemný poměr práškového uhlí a plynu.In the combustion chamber 8 of the first stage, volatile matter is released from the pulverized coal by the heat of the flame and burns there. The remainder of the fuel is pulverized coke, which starts to burn after mixing with tertiary air in the burner rain 7 and creates a flame that is directed to the second stage combustion chamber of the flue gas boiler. The tertiary air is supplied by a tangential tertiary air inlet 10 and also heated by passing an annular ring between the inner shell and the tertiary air recovery insert 10 and exits into the burner fist through nozzles 20 rotated appropriately to ensure that the tertiary air is mixed with the fuel. By means of a regulating plug 17 with a vortex swirl actuated by a drawbar 21, it is possible, depending on the quality of the coal, to treat the first stage flame in the combustion chamber 8. With the aid of an automatic regulation device, the amount of fuel burnt and, if necessary, adjusted is adjusted. and the ratio of pulverized coal to gas.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. A burner for two-stage pulverized coal combustion comprising a combustion chamber, an outer jacket with insulation, an inner jacket, a secondary air supply and a tertiary air supply, a burner plate, a pulverized coal supply tube, an ignition and monitoring system and a burner mouth. characterized in that, within the combustion chamber (8) of the first stage, it has a secondary air recovery insert (9) and a tertiary air recovery insert (10), which are separated from one another by a partition (11), the inner sheath (3) are guide ribs (14)

2. A burner for two-stage pulverized coal combustion according to claim 1, characterized in that the pulverized coal inlet pipe (5) introduced into the combustion chamber (8) passes through a fin swirl (15) of secondary air and is provided with a regulating plug (17). / with paddle / Sem »

A burner for two-stage pulverized coal combustion according to Claims 1 and 2, characterized in that there are tertiary air nozzles (20) in the tertiary air recovery insert (10) in the burner mouth (7).