RU2162193C1 - Method of burning fuel in boiler unit and combustion control device - Google Patents

Abstract

FIELD: combustion control for boiler units at low-temperature vortex combustion of solid fuel. SUBSTANCE: air flow rate of method of low-temperature vortex combustion of solid fuel in boiler unit at undergrate blast and control of rate of flow of total air by content of oxygen in flue gases is regulated in accordance with static pressure in undergrate blast nozzle passage. Combustion control device includes total air and blast regulators, oxygen content sensor and undergrate blast nozzle sensor made in form of air static pressure sensor. EFFECT: facilitated control of solid fuel combustion; enhanced operational reliability of boiler. 7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к регулированию процесса сжигания топлива в котлоагрегатах с низкотемпературным вихревым (НТВ) способом сжигания твердого топлива. The invention relates to heat engineering, in particular to regulating the process of burning fuel in boilers with a low-temperature vortex (NTV) method of burning solid fuel.

Известны способы вихревого сжигания твердого топлива в котлоагрегатах бытового и промышленного назначения с нижним дутьем и регулировкой расхода общего воздуха по содержанию кислорода в дымовых газах [1, 2]. Однако данные способы не позволяют относительно быстро перейти на другой вид топлива и обеспечить надежность работы котлоагрегата, особенно при завале сопла нижнего дутья. Known methods of vortex combustion of solid fuel in boilers for domestic and industrial use with lower blast and adjusting the flow rate of general air according to the oxygen content in flue gases [1, 2]. However, these methods do not allow a relatively quick switch to a different type of fuel and ensure the reliability of the boiler, especially when the nozzle is obstructed by a lower blast.

В качестве ближайшего аналога выбран способ низкотемпературного вихревого сжигания твердого топлива в котлоагрегате с нижним дутьем и регулировкой расхода общего воздуха по содержанию кислорода в дымовых газах [3]. Расход воздуха при данном способе также регулируется в соответствии с замеряемыми показателями провала в сопле нижнего дутья и механического недожога в уносе. Данный способ реализован в устройстве регулирования процесса горения в котлоагрегате, содержащем регуляторы общего воздуха и дутья, датчик содержания кислорода в дымовых газах, датчик провала топлива в сопле нижнего дутья (фотодатчик) и датчик механического недожога в уносе (индикатор углерода). Недостатками известного способа и устройства являются относительная сложность процесса регулирования сжигания и как следствие снижение надежности работы котлоагрегата в целом. As the closest analogue, the method of low-temperature vortex burning of solid fuel in a boiler with lower blasting and adjustment of the total air flow according to the oxygen content in flue gases [3] was chosen. The air flow rate with this method is also regulated in accordance with the measured indicators of failure in the nozzle of the lower blast and mechanical underburning in ablation. This method is implemented in a device for regulating the combustion process in a boiler unit that contains controllers for total air and blast, a sensor for the oxygen content in flue gases, a sensor for the fuel failure in the nozzle of the lower blast (photosensor) and a sensor for mechanical underburning in ablation (carbon indicator). The disadvantages of the known method and device are the relative complexity of the combustion control process and, as a consequence, a decrease in the reliability of the boiler as a whole.

Цели заявляемых технических решений - упрощение регулирования процесса сжигания твердого топлива и повышение надежности работы котла с низкотемпературным вихревым способом сжигания. The objectives of the claimed technical solutions is to simplify the regulation of the solid fuel combustion process and increase the reliability of the boiler with a low-temperature vortex combustion method.

Указанные цели достигаются следующим образом. These goals are achieved as follows.

В известном способе низкотемпературного вихревого сжигания твердого топлива в котлоагрегате с нижним дутьем и регулировкой расхода общего воздуха по содержанию кислорода в дымовых газах новым является то, что расход воздуха также регулируется в соответствии со статическим давлением воздуха в канале сопла нижнего дутья. Регулировка расхода воздуха может осуществляется регуляторами общего воздуха и нижнего дутья на основании сигналов датчиков содержания кислорода и статического давления. В этом случае давление в канале сопла поддерживают на определенном уровне, а при наличии нескольких сопел, регулировка расхода воздуха через каждое сопло осуществляется раздельно. Лучший результат достигается, когда поддержание уровня давления производят регулятором нижнего дутья, а по достижении им полного открытия - регулятором общего воздуха. In the known method of low-temperature vortex burning of solid fuel in a boiler with lower blast and adjusting the total air flow by the oxygen content in the flue gases, it is new that the air flow is also regulated in accordance with the static air pressure in the channel of the lower blast nozzle. Air flow control can be carried out by regulators of total air and lower blast based on the signals of the oxygen content and static pressure sensors. In this case, the pressure in the nozzle channel is maintained at a certain level, and in the presence of several nozzles, the air flow through each nozzle is adjusted separately. The best result is achieved when the pressure level is maintained by the regulator of the lower blast, and when it reaches full opening, by the regulator of the total air.

Заявляемый способ реализован в устройстве регулирования процесса горения в котлоагрегате. Устройство содержит регуляторы общего воздуха и дутья, датчик содержания кислорода в дымовых газах и датчик сопла нижнего дутья, выполненный в отличие от аналога в виде датчика статического давления воздуха. Для достижения целей изобретения датчик сопла подключен к регулятору дутья, который в свою очередь вместе с датчиком кислорода подключен к регулятору общего воздуха. The inventive method is implemented in a device for controlling the combustion process in a boiler unit. The device contains regulators of total air and blast, a sensor of oxygen content in flue gases and a sensor of the nozzle of the lower blast, made in contrast to the analog in the form of a sensor of static air pressure. To achieve the objectives of the invention, the nozzle sensor is connected to a blast controller, which in turn, together with an oxygen sensor, is connected to a common air controller.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема, поясняющая принцип работы заявляемых способа и устройства; на фиг. 2 представлен график зависимости

где P_ст - статическое давления перед соплом нижнего дутья;
B_с - расхода топлива;
G_с - расход воздуха.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a diagram explaining the principle of operation of the inventive method and device; in FIG. 2 shows a graph of dependence

where P _article - static pressure in front of the nozzle of the lower blast;
B _with - fuel consumption;
G _with - air flow.

Различные графики построены в зависимости от крупности частиц твердого топлива (мм). Various graphs are plotted depending on the particle size of solid fuels (mm).

Котлоагрегат с низкотемпературным вихревым способом сжигания твердого топлива содержит топку 1 с вводом в горелку 2 и соплом нижнего дутья 3. В воздуховоде 4 сопла 3 и соединенном с ним воздуховоде 5 общего воздуха установлены шиберы 6 и 7. Шибер 6 соединен с регулятором нижнего дутья, состоящим из исполнительного механизмами 8 и регулирующего блока 9. Шибер 7 соединен с регулятором общего дутья, состоящим из исполнительного механизма 10 и регулирующего блока 11. Блоки 9 и 11 связаны между собой и подключены соответственно к датчику 12 статического давления, установленному на входе в сопло 3, и к датчику 13 содержания кислорода в дымовых газах, установленному на выходе из топки 1. The boiler with a low-temperature vortex method of burning solid fuel contains a furnace 1 with an inlet 2 and a nozzle of the lower blast 3. Slides 6 and 7 are installed in the duct 4 of the nozzle 3 and the common air duct 5 thereof. The gate 6 is connected to the lower blast regulator, consisting from the actuators 8 and the regulating unit 9. The gate 7 is connected to the common blast regulator, consisting of the actuator 10 and the regulating unit 11. Blocks 9 and 11 are interconnected and connected respectively to the sensor 12 of the static pressure installed at the entrance to the nozzle 3, and to the sensor 13 of the oxygen content in the flue gases installed at the outlet of the furnace 1.

Сжигание твердого топлива в котлоагрегате производится с измерением содержания кислорода в дымовых газах датчиком 13, согласно показаниям которого избыток кислорода за топкой 1 поддерживается на заданном уровне изменением подачи общего воздуха через воздуховод 5 блоком 11 при помощи механизма 10, управляющего шибером 7. При изменении расхода или фракционного состава поступающего топлива изменяется глубина его (топлива) проникновения в сопло 3 нижнего дутья, что соответственно изменяет аэродинамический режим работы топки 1 и может привести к росту механического недожога в провале и уносе, завалу сопла 3 и останову котлоагрегата. Для избежания этого датчиком 12 измеряется статическое давление воздуха в сопле 3 нижнего дутья. Сигнал с датчика 12 поступает на блок 9, который поддерживает статическое давление на заданном уровне с помощью механизма 8 и шибера 6 изменением расхода воздуха, подаваемого через воздуховод 4 в сопло 3. В случае полного открытия шибера 6 блок 11 открывает шибер 7 до тех пор, пока статическое давление не будет находиться в области оптимума, после чего блок 11 продолжает поддерживать кислород на заданном уровне, а блок 9 - статическое давление в сопле 3. The burning of solid fuel in the boiler is carried out with the measurement of the oxygen content in the flue gases by the sensor 13, according to the readings of which the excess oxygen behind the furnace 1 is maintained at a predetermined level by changing the total air supply through the duct 5 by block 11 using the mechanism 10 controlling the gate 7. When changing the flow rate or the fractional composition of the incoming fuel changes its depth (fuel) penetration into the nozzle 3 of the lower blast, which accordingly changes the aerodynamic mode of operation of the furnace 1 and can lead to the growth of mechanical underburning in failure and ablation, blockage of nozzle 3 and shutdown of the boiler unit. To avoid this, the sensor 12 measures the static air pressure in the nozzle 3 of the lower blast. The signal from the sensor 12 enters the block 9, which maintains the static pressure at a predetermined level using the mechanism 8 and the gate 6 by changing the flow rate of air supplied through the duct 4 to the nozzle 3. If the gate 6 is fully open, the block 11 opens the gate 7 until until the static pressure is in the optimum region, after which the block 11 continues to maintain oxygen at a given level, and the block 9 - the static pressure in the nozzle 3.

При экспериментальных исследованиях установлено, что работу сопла нижнего дутья однозначно характеризует его сопротивление [4]. Также выявлено, что сопротивление сопла пропорционально отношению расхода топлива (B_c) к расходу воздуха через сопло (G_с) (см. фиг. 2). Причем оптимальное значение сопротивления сопла (определяемое статическим давлением перед ним), отвечающее минимуму потерь тепла с механическим недожогом в провале и уносе, не зависит от исходной крупности топлива, а определяется лишь в соответствии с вышеуказанным соотношением. Таким образом, оптимальное регулирование процесса низкотемпературного вихревого сжигания определяется по двум параметрам - содержанию кислорода в дымовых газах и статическому давлению перед соплом. Такой подход использован в заявляемом техническом решении и позволяет упростить регулирование процесса сжигания топлива и повысить надежность работы котла с низкотемпературным вихревым способом сжигания. Одновременно предложенное решение позволяет устранить возможный завал сопла нижнего дутья, что также повышает надежность работы котлоагрегата.In experimental studies, it was found that the operation of the lower blast nozzle is uniquely characterized by its resistance [4]. It was also revealed that the nozzle resistance is proportional to the ratio of fuel consumption (B _c ) to air flow through the nozzle (G _c ) (see Fig. 2). Moreover, the optimal value of the nozzle resistance (determined by the static pressure in front of it), which corresponds to the minimum of heat loss with mechanical underburning in the dip and entrainment, does not depend on the initial fuel size, but is determined only in accordance with the above ratio. Thus, the optimal control of the low-temperature vortex combustion process is determined by two parameters - the oxygen content in the flue gases and the static pressure in front of the nozzle. This approach is used in the claimed technical solution and allows to simplify the regulation of the fuel combustion process and increase the reliability of the boiler with a low-temperature vortex combustion method. At the same time, the proposed solution allows eliminating a possible blockage of the lower blast nozzle, which also increases the reliability of the boiler.

Источники информации
1. Миронов В. Д. Об автоматизации процесса горения // Теплоэнергетика, 1958.- N 9.- С. 15.Sources of information
1. Mironov V. D. On the automation of the combustion process // Thermal Engineering, 1958.- N 9.- P. 15.

2. Патент США N 3957418. 2. U.S. Patent No. 3,957,418.

3. Заявка на а.с. СССР N 4705974. 3. Application for a.s. USSR N 4705974.

4. Модернизация котлов ТЭЦ г.Хабаровска переводом на вихревое сжигание бурых углей. Отчет о НИР (заключительный) / ДВПИ; Руководитель А.Н. Штым. - N ГР 01870002170; Инв. N 02900023761. - Владивосток, 1989. 4. Modernization of boilers of the CHP of Khabarovsk by transfer to vortex burning of brown coal. Research report (final) / DVPI; Head A.N. Shtym. - N GR 01870002170; Inv. N 02900023761. - Vladivostok, 1989.

Claims (7)

1. Способ низкотемпературного вихревого сжигания твердого топлива в котлоагрегате с нижним дутьем и регулировкой расхода общего воздуха по содержанию кислорода в дымовых газах, отличающийся тем, что расход воздуха также регулируется в соответствии со статическим давлением воздуха в канале сопла нижнего дутья. 1. The method of low-temperature vortex combustion of solid fuel in a boiler with lower blast and adjusting the flow rate of the total air according to the oxygen content in the flue gases, characterized in that the air flow rate is also regulated in accordance with the static air pressure in the channel of the lower blast nozzle. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулировка расхода воздуха осуществляется регуляторами общего воздуха и нижнего дутья на основании сигналов датчиков содержания кислорода и статического давления. 2. The method according to claim 1, characterized in that the air flow is regulated by the regulators of the total air and the lower blast based on the signals of the oxygen content sensors and static pressure. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что давление в канале сопла поддерживают на определенном уровне. 3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the pressure in the nozzle channel is maintained at a certain level. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при наличии нескольких сопел регулировка расхода воздуха через каждое сопло осуществляется раздельно. 4. The method according to claims 1 and 2, characterized in that in the presence of several nozzles, the air flow through each nozzle is adjusted separately. 5. Способ по пп.1, 2 и 3, отличающийся тем, что поддержание уровня давления производят регулятором нижнего дутья, а по достижении им полного открытия - регулятором общего воздуха. 5. The method according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the pressure level is maintained by the regulator of the lower blast, and when it reaches its full opening, by the regulator of the total air. 6. Устройство регулирования процесса горения в котлоагрегате, содержащее регуляторы общего воздуха и дутья, датчик содержания кислорода в дымовых газах и датчик сопла нижнего дутья, отличающееся тем, что датчик сопла выполнен в виде датчика статического давления воздуха. 6. A device for regulating the combustion process in a boiler unit, containing common air and blast regulators, a flue gas oxygen sensor and a lower blast nozzle sensor, characterized in that the nozzle sensor is made in the form of a static air pressure sensor. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что датчик сопла подключен к регулятору дутья, который, в свою очередь, вместе с датчиком кислорода подключен к регулятору общего воздуха. 7. The device according to claim 6, characterized in that the nozzle sensor is connected to the blast regulator, which, in turn, together with the oxygen sensor is connected to the common air regulator.

Images