RU2029200C1 - Method of lump coal combustion in half-fluidized bed - Google Patents

Abstract

FIELD: commercial and utility boiler furnaces. SUBSTANCE: lump coal is burned in half-fluidized bed at air speed of 0.5-0.8 of minimum speed of fluidization and at excess air coefficient in bed between 1.0 and 1.2. EFFECT: facilitated combustion of lump coal. 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в топках котлов, сжигающих низкосортные угли в котельных сельскохозяйственного, промышленного и коммунального назначения. The invention relates to energy and can be used in the furnaces of boilers burning low-grade coals in boiler rooms for agricultural, industrial and municipal purposes.

Известен способ сжигания угля во взвешенном слое инертного материала, образованном продуванием через слой воздуха со скоростью, превышающей минимальную скорость псевдоожижения, с отводом тепла из слоя погруженными в последний теплообменными элементами и при коэффициенте избытка воздуха в слое 1,05-1,25 [1]. A known method of burning coal in a suspended layer of inert material, formed by blowing through a layer of air with a speed exceeding the minimum fluidization rate, with heat removal from the layer immersed in the latter by heat exchange elements and with a coefficient of excess air in the layer of 1.05-1.25 [1] .

Недостатком способа являются высокие затраты на измельчение и механизацию подачи и дозирования угля, которые для малых котлов (до 1 МВт мощности) до 5 раз превышают затраты на сам котел. Кроме того, охлаждение слоя до температуры, исключающей (по расчету) шлакование топки, на самом деле не гарантирует полное отсутствие шлакования, так как из-за отклонения фактического химического состава золы от нормативного, введения в слой активной окиси кальция (для связывания серы) фактическая температура размягчения золы может оказаться ниже расчетной. The disadvantage of this method is the high cost of grinding and mechanizing the supply and dosing of coal, which for small boilers (up to 1 MW power) is up to 5 times higher than the cost of the boiler itself. In addition, cooling the layer to a temperature that excludes (according to calculation) slagging of the furnace does not actually guarantee complete absence of slagging, since due to deviation of the actual chemical composition of the ash from the norm, the introduction of active calcium oxide (for sulfur binding) into the layer the softening temperature of the ash may be lower than the calculated one.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сжигания угля во взвешенном слое, образованном продуванием через слой воздуха со скоростью, превышающей минимальную скорость псевдоожижения при коэффициенте избытка воздуха в слое 0,5 и подаче остальных 50% воздуха, необходимого для полного выгорания в надслоевое пространство [2]. Closest to the proposed is a method of burning coal in a suspended layer formed by blowing through a layer of air with a speed exceeding the minimum fluidization rate with a coefficient of excess air in the layer of 0.5 and supplying the remaining 50% of the air necessary for complete burnout in the superlayer space [2] .

Недостатком способа является значительный механический недожог топлива, так как при расплавлении золы в шлак попадают кусочки угля, которые из-за низкой температуры шлака не выгорают. В таком слое возможно сжигание только углей с относительно низким содержанием золы при высокой ее тугоплавкости. Тощие, тощие окисленные угли, угли с легкоплавкой золой сжигать в таком слое нельзя из-за больших потерь топлива с механическим недожогом. Кроме того, для ожижения слоя требуется подача в него дробленого угля, т.е. необходима предварительная подготовка топлива. The disadvantage of this method is a significant mechanical underburning of the fuel, since when the ash is melted, pieces of coal fall into the slag, which, due to the low temperature of the slag, does not burn out. In such a layer, only coal with a relatively low ash content can be burned with its high refractoriness. Skinny, lean oxidized coals, coals with low melting ash cannot be burned in such a layer due to large losses of fuel with a mechanical underburning. In addition, to liquefy the layer, it is necessary to supply crushed coal into it, i.e. preliminary fuel preparation is required.

Целью изобретения является снижение потерь топлива от механического недожога при сжигании тощих, тощих окисленных углей и углей с легкоплавкой золой без их предварительного измельчения. The aim of the invention is to reduce fuel losses from mechanical underburning during the burning of lean, lean oxidized coals and coal with low melting ash without prior grinding.

Цель достигается сжиганием угля в полукипящем слое при скорости продувания воздуха, равной 0,5-0,8 от минимальной скорости псевдоожижения и коэффициенте избытка воздуха в слое 1,0-1,2. The goal is achieved by burning coal in a semi-boiling layer with an air blowing rate equal to 0.5-0.8 of the minimum fluidization rate and an excess air coefficient in the layer of 1.0-1.2.

На чертеже представлена топка для сжигания угля по предлагаемому способу. The drawing shows a furnace for burning coal by the proposed method.

Топка состоит из ограждающих стенок 1, воздухораспределительной решетки 2, на которой размещается слой топлива 3. При розжиге на воздухораспределительной решетке 2 раскладываются дрова, после разгорания которых в топку забрасывается уголь, который образует слой топлива 3. The furnace consists of the enclosing walls 1, the air distribution grill 2, on which the fuel layer 3 is placed. When fired on the air distribution grill 2, firewood is laid out, after which coal is thrown into the furnace, which forms the fuel layer 3.

При сжигании угля в таком полукипящем слое в зоне кипения развиваются высокие температуры порядка 3,0-3,5 тыс. град. из-за постоянного обновления поверхности циркулирующих частиц и разрушения на их поверхности шлаковой корочки. Образующиеся в зоне кипения частицы шлака имеют температуру около 2,0-2,5 тыс. град., что обуславливает газификацию попавших в него кусочков угля. Кроме того, из-за контактирования шлака с горячей газовоздушной смесью шлак получается пористым и воздухопроницаемым. Поэтому попавшие в шлак угольные частицы полностью выгорают. When coal is burned in such a semi-boiling layer in the boiling zone, high temperatures of the order of 3.0-3.5 thousand degrees develop. due to the constant renewal of the surface of the circulating particles and the destruction of the slag crust on their surface. The slag particles formed in the boiling zone have a temperature of about 2.0-2.5 thousand degrees, which causes the gasification of pieces of coal trapped in it. In addition, due to the contact of the slag with a hot gas-air mixture, the slag is porous and breathable. Therefore, coal particles trapped in slag completely burn out.

Находящийся над зоной кипения слой угля за счет тепла проходящих через него газов высушивается и газифицируется, т.е. подготавливается к сжиганию. Образовавшиеся в зоне кипения окислы азота восстанавливаются углеродом находящегося над ней топлива до атомарного азота. The coal layer located above the boiling zone is dried and gasified due to the heat of the gases passing through it; preparing for burning. The nitrogen oxides formed in the boiling zone are reduced by the carbon of the fuel above it to atomic nitrogen.

Загрузка угля и удаление золы и шлака могут производиться вручную. Coal loading and ash and slag removal can be done manually.

При сжигании угля в полукипящем слое необходимо поддерживать скорость дутьевого воздуха в пределах 0,5-0,8 от минимальной скорости псевдоожижения. Уменьшение этого соотношения приводит к сокращению зоны кипения слоя, между зонами кипения образуются зоны неподвижного топлива, которое полностью не выгорает, что при удалении золы и шлака приводит к потерям топлива (и в случае ручного, и в случае механического удаления золы и шлака). Увеличение соотношения приводит к возрастанию высоты зоны кипения и уменьшению высоты неподвижного слоя над ней. Из-за высокой температуры в зоне кипения резко возрастает объемная скорость газов, что может привести к струйному пробою неподвижного слоя и увеличению уноса топлива. Коэффициент избытка воздуха в слое следует поддерживать в пределах 1,0-1,2. Уменьшение этого соотношения приводит к повышению химического недожога из-за восстановления продуктов горения углеродом неподвижного слоя, а увеличение - к значительным потерям тепла с уходящими газами. When burning coal in a semi-boiling layer, it is necessary to maintain the speed of the blast air in the range of 0.5-0.8 of the minimum fluidization rate. A decrease in this ratio leads to a reduction in the boiling zone of the layer, zones of stationary fuel are formed between the boiling zones, which do not completely burn out, which, when ash and slag are removed, leads to fuel losses (both in the case of manual and mechanical removal of ash and slag). An increase in the ratio leads to an increase in the height of the boiling zone and a decrease in the height of the fixed layer above it. Due to the high temperature in the boiling zone, the volumetric velocity of gases sharply increases, which can lead to jet breakdown of the fixed layer and an increase in fuel entrainment. The coefficient of excess air in the layer should be maintained in the range of 1.0-1.2. A decrease in this ratio leads to an increase in chemical underburning due to the recovery of combustion products by the carbon of the fixed layer, and an increase leads to significant heat losses with flue gases.

П р и м е р. В полукипящем слое сжигали уголь марки полуантрацит класса "Р" с низшей теплотворной способностью 25266 кДж/кг, зольностью 30%, содержанием летучих веществ 8,8% и следующего фракционного состава, %: частиц менее 1 мм - 8,3; от 1 до 2 мм - 14,5; от 2 до 3 м - 29,0; от 3 до 7 мм - 8,9; от 7 до 13 мм - 24,4; от 13 до 25 мм - 12,4; от 25 до 50 мм - 2,5. Уголь в топку подавался вручную, выгрузка золы и шлака производилась также вручную. Расчетная минимальная скорость псевдоожижения такого слоя составила 4,14 м/с. Сжигание проводилось при скоростях дутьевого воздуха 1,5 м/с; 2,1 м/с; 3 м/с; 3,3 м/с; 4,2 м/с и коэффициенте избытка воздуха 0,8; 1,0; 1,1; 1,2 и 1,3. PRI me R. Semi-anthracite grade “P” coal was burned in a semi-boiling layer with a lower calorific value of 25266 kJ / kg, an ash content of 30%, a volatile matter content of 8.8% and the following fractional composition,%: particles less than 1 mm - 8.3; from 1 to 2 mm - 14.5; from 2 to 3 m - 29.0; from 3 to 7 mm - 8.9; from 7 to 13 mm - 24.4; from 13 to 25 mm - 12.4; from 25 to 50 mm - 2.5. Coal was fed into the furnace manually, and ash and slag were also unloaded manually. The estimated minimum fluidization velocity of such a layer was 4.14 m / s. The combustion was carried out at blowing air speeds of 1.5 m / s; 2.1 m / s; 3 m / s; 3.3 m / s; 4.2 m / s and an excess air ratio of 0.8; 1.0; 1.1; 1,2 and 1,3.

В ходе опытов определяли КПД топки, равный
η_т = 100 - q₃ - q₄, где q₃ - потери тепла от химического недожога; q₄ - потери тепла от механического недожога, и потери тепла с уходящими газами.In the course of the experiments, the efficiency of the furnace was determined, equal to
η _t = 100 - q ₃ - q ₄ , where q ₃ - heat loss from chemical underburning; q ₄ - heat loss from mechanical underburning, and heat loss with flue gases.

Результаты опытов приведены в табл.1 и 2. The experimental results are shown in tables 1 and 2.

Результаты опытов подтверждают правильность выбора диапазона скорости дутьевого воздуха и коэффициентов избытка воздуха в слое. Кроме того, было установлено, что содержание окислов азота в уходящих газах не превышало 1,3˙10^-3 кг/кВт, что соответствует требованиям мировых стандартов. Установлено также, что содержание окислов азота практически не зависит от коэффициента избытка воздуха за котлом, что подтверждает вывод о восстановлении окислов азота, образующихся в кипящем слое, в неподвижном слое до атомарного азота.The experimental results confirm the correct choice of the range of speed of the blast air and the coefficients of excess air in the layer. In addition, it was found that the content of nitrogen oxides in the exhaust gases did not exceed 1.3˙10 ^-3 kg / kW, which meets the requirements of world standards. It was also established that the content of nitrogen oxides is practically independent of the coefficient of excess air behind the boiler, which confirms the conclusion about the reduction of nitrogen oxides formed in the fluidized bed in a fixed layer to atomic nitrogen.

Claims (1)

СПОСОБ СЖИГАНИЯ НЕДРОБЛЕНОГО УГЛЯ В ПОЛУКИПЯЩЕМ СЛОЕ, заключающийся в подаче в последний угля и воздуха с заданными величинами скорости и коэффициента избытка воздуха, отличающийся тем, что заданные величины скорости и избытка воздуха в слое поддерживают в диапазонах 0,5 ... 0,8 от минимальной скорости псевдоожижения и 1,0 ... 1,2 соответственно. METHOD FOR COMBINING UNCROBNED COAL IN A SEMI-BOILING LAYER, which consists in supplying coal and air to the latter with predetermined values of velocity and excess air coefficient, characterized in that the specified values of velocity and excess air in the layer are maintained in the ranges 0.5 ... 0.8 minimum fluidization rate and 1.0 ... 1.2, respectively.

Images