КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

На организацию топочного процесса при сжигании пылевидного топ­лива большое влияние оказывают образование и поведение золы и шлака в топочной камере.

Топочная камера может работать с удалением шлаков в твердом состо­янии (топка с твердым шлакоудалением) либо выводом шлаков из топки в жидком состоянии (топка с жидким шлакоудалением). В любом случае мелкие золовые фракции уносятся с потоком газов из топки в отвердевшем состоянии. В ядре факела, где развиваются высокие температуры, шлако­вые и золовые частицы находятся в размягченном состоянии и обладают способностью налипать на стены/или экранные поверхности, если в таком состоянии они в каком-то месте их коснутся. Этот процесс может привести к нарастанию слоя затвердевающих частиц золы и шлаков на относительно холодной поверхности экранов, т. е. к локальному шлакованию отдельных стен топки.

Поскольку при сжигании топлива нельзя избежать промежуточного те­стообразного состояния золы по выходе из зоны высоких температур, для предотвращения шлакования стен топки процесс сжигания пылевидного топлива должен быть так организован, чтобы зола в размягченном состоя­нии не достигала стен топки.

Организация твердого шлакоудаления. Распределение тем­ператур в топочной камере при удалении шлака в твердом состоянии харак­теризуется изотермами, показанными на рис. 5.4. Наивысшая температура устанавливается в ядре факела в центральной части топки, располагающем­ся примерно на уровне горелок. В результате отдачи теплоты топочным
экранам около них располагается изотерма с более низкой температурой. По мере перемещения расплавленной в ядре факела золы к периферии и попадания в область сравнительно низкой температуры золовые части­цы охлаждаются и затвердевают. Таким образом, частицы золы при нагреве в ядре факела и охлаждении затем около топочных экранов дважды проходят все стадии изменения физического состояния от твердого до жидкого (или размягченного) и обратно. На пути движения вверх частицы золы также охлаждаются вместе с газами и должны выноситься из топки в гранулиро­ванном (отвердевшем) состоянии.

Топочные камеры, работающие с '

Твердым шлакоудалением, по конструк­ции выполняют открытыми, то есть без изменения сечения топки по высоте.

Отличительной особенностью этих топок является наличие в нижней части топки холодной воронки, образованной путем сближения фронтового и заднего экранов с большим уклоном (50-60°) до расстояния b1 — 1-1,2 м. За счет это­го быстро снижается температура газов в нижней части топки, и выпадающие из ядра факела расплавленные шлаковые частицы, попадая в эту зону, отвердева­ют (гранулируются) снаружи и по кру­тым скатам воронки ссыпаются в шла - коприемную ванну. Количество шлака, уловленного таким способом через хо­лодную воронку, невелико и составляет 5-10% общего золо содержания топлива, т. е. доля шлака ашл = 0,05-0,1. Грану­лированные шлаковые частицы непре­рывно удаляются из ванны специальным механизмом. Водяная ванна выполняет одновременно роль гидрозатвора про­тив подсоса снизу в топку холодного воздуха.

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

Рис. 5.4. Топка с твердым шлакоуда­лением: 1 — холодная воронка; 2 — шлаковая ванна с водой; 3 — канал гидрозолоудаления; 4 — горелка; 5 — настенные экраны; 6 — ядро факела; 7 — шнековый шлакоудаляющий ме­ханизм; 8 - электродвигатель.

Аэродинамика топочного объема Должна быть так организована, чтобы вблизи настенных экранов температура газов была не выше характерной тем­пературы золы tA (см. раздел 3.4), начиная с которой золовые частицы становятся липкими и создают опасность шлакования стен. На рис. 5.5 по-
казано, как влияет величина теплового напряжения сечения топки qj на распределение температур по сечению. При высоких тепловых напряжени­ях более существенно, как видно, увеличивается температура газов вблизи стен, что создает опасность их шлакования, когда она превышает значе­ние tA золы.

Поэтому средние тепловые напряжения се­чения топочной камеры при твердом шлакоудале - нии как правило должны иметь невысокие значе­ния (qf — 3-4 МВт/м2). Это неизбежно приводит к развитию размеров сечения топочных камер.

Горение частиц твердого топлива, особен­но в диффузионной зоне догорания затягивает­ся. Пыль малореакционных топлив сгорает за 2-2,5 сек, что ограничивает значение тепло­вого напряжения объема величиной не выше — 180 кВт/м3, а с учетом необходимости охла­ждения газов на выходе из топки до значения, Щ < tA + 50°С, поверхность стен и объем топ­ки по условиям охлаждения газов существенно увеличиваются и реальные тепловые напряже­ния топочного объема получаются равными qy = = 100-140 кВт/м3. Это ведет к развитию габари­тов и металлоемкости котла, но оправдано по­вышением его надежности в работе, исключе­нием (сокращением) аварийных остановов из-за шлакования поверхностей стен и пароперегре­вателя на выходе из топки и в горизонтальном газоходе.

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

Рис. 5.5. Характер измене­ния температур газов в се­чении топочной камеры: 1 — температура при низ­ких тепловых напряжени­ях сечения топки; 2 — то же при высоких тепловых напряжениях; 3 — темпе­ратура начала деформации

ЗОЛЫ ІА-

Организация жидкого шлакоуда - ления. Для обеспечения жидкого шлакоудален - ня необходимо, чтобы температура газов у стен нижней части топки и в районе пода была выше температуры текучести шлака, то есть дг > £н. ж. Создание таких условий в нижней части топки возможно за счет прибли­жения ядра факела к поду топки и покрытия настенных экранов в этой зоне карборундовой огнеупорной тепловой изоляцией (футерование экран­ных труб). Для прочного удержания футеровки вначале на трубы экра­нов со стороны топочного объема обычно приваривают шипы (диамет­ром 10 мм и длиной 15-18 м) и затем наносят слой изоляции (рис. 5.6,6). Подовая часть топки выполняется горизонтальной или слабонаклонной к центру топки. Здесь на трубы пода накладывают 2-3 слоя огнеупорно­го кирпича на огнеупорной связке. В центре пода оставляется одно или

5.2. ТОПОЧНЫЕ КАМЕРЫ И ГОРЕЛКИ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ 147

Два футерованных отверстия для слива шлака (летка), размером пример­но 500 ~т~ 800 мм. Расплавленный шлак переливается через край летки и тонкими струями стекает в шлаковую ванну, где при контакте с во­дой отвердевает.

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

Б)

Рис. 5.6. Топочпая камера с жидким шлакоудалением: а — общий вид гонки; б — вид футерованного экрана; 1 - камера сгорания; 2 — под топки; 3 — шлаковая легка; 4 — камера охлаждения; 5 — труба; 6 — шипы до их покрытия обмазкой; 7 —• огнеупорная обмазка труб (футеровка) но шипам.

Повышению уровня температуры в этой зоне способствует дву­сторонний пережим топки, который уменьшает теплоотдачу радиацией (рис. 5.6,а), где открытые экраны имеют более низкую температуру. При жидком шлакоудалении через шлаковую летку удаляется до 20-30% мине­ральной массы топлива в виде расплавленного шлака.

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

А)

Камера охлаждения полностью экранирована открытыми трубами. Здесь завершается сжигание недогоревшей части топлива и охлаждение продуктов сгорания до необходимой температуры на выходе, при которой Должна гранулироваться вся зола в объеме уходящих из топки газов. По кон­струкции топочные камера с жидким шлакоудалением выполняются одно­камерными открытыми и полуоткрытыми (с пережимом) по типу рис. 5.1,6, а также двухкамерными по типу рис. 5.1,6?. В топочных устройствах с пе­режимом за счет футерования настенных экранов в зоне горения дости­
гается достаточно высокая температура газов 1 600-1 800°С. Она должна быть примерно на 150-200°С выше температуры £нж. Объемное тепловое напряжение в камере горения выше среднего по топке в целом в 4-5 раз и составляет q*y — 500 - г 800 кВт/м3.

В циклонных камерах горения за счет тангенциального ввода горя­чего воздуха (горизонтальные циклоны) или угловой установки горелок с тангенциальным направлением струй (вертикальные предтопки) создает­ся интенсивное вихревое движение горящего факела. Здесь уровень тем­ператур более высокий — 1 700-1900°С, а тепловые напряжений объ­ема достигают 2-4 МВт/м3 в горизонтальных циклонах. Однако, за счет более низких тепловых напряжений значительной по размерам камеры (зоны) охлаждения газов среднее значение qy для топочного устрой­ства получается только на 20-30% выше, чем в. топках с твердым уда­лением шлаков. Доля удаления шлаков в жидком виде здесь составля­ет ашл = 0,6-0,7.

В топках с жидким шлакоудалением благодаря более высокой темпера­туре горения улучшается сгорание топлива и несколько снижаются потери с Недожогом. Вместе с тем, вследствие увеличения количества удаляемо­го через летку шлака и более высокой его температуры, возрастает потеря с физическим теплом шлака.

Более высокий процент улавливания золы позволяет по условиям из­носа металла поверхностей повысить скорость продуктов сгорания в кон­вективных газоходах, что интенсифицирует теплообмен и уменьшает габа­риты и затраты металла поверхностей нагрева. Основной недостаток топок с жидким шлакоудалением — опасность застывания шлака при пониженной нагрузке котла, отсюда известные ограничения DM, IH.

Увеличение температуры горения ведет также к росту образования вредных составляющих газов, в частности, оксидов азота.

Топки с жидким шлакоудалением применяют в основном при сжига­нии слабореакционных топлив (при Vі' < 15%) с умеренными значениями температуры плавления золы (t. c ^ 1 300 - і - 1 350°С).

Горелочные устройства. Необходимая интенсивность горения топливной пыли достигается подготовкой горючей смеси (смесеобразова­нием) в горелочном устройстве, называемом в дальнейшем горелкой. Как показано в разделе 1.3, полученная в процессе размола и сушки топливная пыль при температуре 70-130°С потоком первичного воздуха, доля которо­го составляет от 15 до 40%, вдувается в топочную камеру через горелки; в горелки поступает также вторичный воздух при температуре 250-420°С. Следовательно, горелки выдают в топку два раздельных потока: пылевоз - душную смесь и вторичный воздух. Образование горючей смеси заверша­ется в топочной камере.

Горелки являются важным элементом топочного устройства; от их ра­боты и размещения в топке зависит характер смесеобразования, что в со­четании с аэродинамикой топочной камеры определяет интенсивность вос­пламенения, скорость и полноту сгорания, а следовательно, тепловую мощ­ность и эффективность топки.

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

Рис. 5.7. Виды вихревых пылеугольных горелок: а — двухулиточная горелка; б — ули - точно-лопаточная горелка; в — прямоточно-улиточная горелка; г — двухлопаточная горелка; 1 — улитка пылевоздушной смеси; Ґ — ввод аэропыли в горелку; 2 — улитка вторичного воздуха; 2' — короб ввода вторичного воздуха; 3 — кольцевой канал для выхода пылевоздушной смеси в топку; 4 — то же вторичного воздуха; 5 — основная мазутная форсунка; 5' — растопочная мазутная форсунка; 6 — рассекатель на вы­ходе пылевоздушной смеси; 7 — завихриваюіцие лопатки для вторичного воздуха; 8 — подвод центрального (третичного) воздуха; 9 — управление положением рассе­кателя; 10 — завихритель осевого потока воздуха; 11 — обмуровка топки; П — подсос сопочных газов к корню факела; В — подвод горячего воздуха.

Различают вихревые и прямоточные пылевые горелки. Вихревые горелки выполняют следующих видов:

— двухулиточные с закручиванием аэропыли и вторичного воздуха в ули­точном аппарате (рис. 5.7,а);

— улиточно-лопаточные с улиточным закручиванием потока аэропы­ли и аксиальным лопаточным закручивателем вторичного воздуха (рис. 5.7,6);

— прямоточно-улиточные, в которых аэропыль подается по прямоточному каналу и раздается в стороны за счет рассекателя, а вторичный воздух закручивается в улиточном аппарате (рис. 5.7, в);

— двухлопаточные, в которых закручивание потоков вторичного воздуха и аэропыли обеспечивается аксимальным и тангенциальным лопаточ­ным аппаратом (рис. 5.7,г).

Горелки этого типа имеют производительность от 1 до 3,8 кг. у.т./с, что определяет их тепловую мощность от 25 до 100 МВт. Наиболее распростра­нены двухулиточные и улиточно-лопаточные горелки, последние применя­ют для горелок большой тепловой мощности (75-100 МВт).

Вихревые горелки отличаются повышенной эжекцией горячих топоч­ных газов в поступающую пылевоздушую смесь (см. рис. 4.10), что обес­печивает ее быстрый прогрев до температуры воспламенения. Лопаточный завихривающий аппарат может быть выполнен поворотным, что позволяет производить оптимальную настройку аэродинамики горелки.

На полноту сгорания топлива сильное влияние оказывают скорости вдувания в топку аэропыли и вторичного воздуха. Повышение скорости уси­ливает турбулентное перемешивание потоков, однако при слишком большой скорости произойдет отрыв факела от горелки. Для лучшего перемешива­ния угольной пыли с горячим воздухом необходимо сохранять различие в скоростях этих потоков. Так, скорость аэропыли на выходе из горелки поддерживают на уровне w{ = 14-25 м/с, а скорость вторичного воздуха должна быть w2 = (1, 2-1,A}w1.

Вихревые горелки универсальны и применимы для любого твердого топлива, но наибольшее распространение они получили при сжигании топ­лив с малым выходом летучих веществ. Горелки повышенной тепловой мощности выполняют с двумя регулируемыми коаксиальными каналами по вторичному воздуху (см. рис. 5.7 б), что обеспечивает сохранение необходи­мых скоростей воздуха при работе на пониженных нагрузках. При нагрузке ниже 70% номинальной периферийный канал воздуха перекрывают и тем обеспечивают поддержание высокой его скорости. Вихревые горелки со­здают более короткий факел по длине и широкий угол его раскрытия. Они обеспечивают интенсивное перемешивание потоков и глубокое выгорание

5.2. ТОПОЧНЫН КАМЕРЫ И ГОРЕЛКИ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ 151

Топлива (до 90-95%) на относительно короткой длине факела. В этом отно­шении вихревые горелки являются горелками «индивидуального действия», обеспечивая каждая самостоятельно сжигание топлива.

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

Рис. 5.8. Расположение прямоточных горелок на стенах топки: а — встречное; б - тангенциальное; dy — условный внутренний диаметр вращения факела.

Определяющим конструктивным параметром вихревых горелок явля­ется диаметр амбразуры Da. Горелки размещают на достаточном расстоя­нии друг от друга — (2,2ч-2,3)1>а, иот боковых стен — (1,6 ^2)Da, чтобы исключить раннее взаимодействие факелов и наброс факела на стены. При однофронтальном расположении горелок в 1-2 яруса экран задней стены получает повышенное тепловосприятие (на 10-20% выше среднего), и для исключения шлакования стены при твердом шлакоудалении глубина топки Должна быть не менее Ьт = (6-7)Da. Встречное двухфронтальное располо­жение горелок (см. рис. 5.1) характерно для мощных паровых котлов, когда необходимое число горелок невозможно разместить на одной фронтовой стене.

При встречном расположении выравнивается теплонапряжение экра­нов топки, повышается уровень температур в центре топки.

Прямоточные горелки ввиду более низкой турбулизации потока, создают дальнобойные струи с малым углом расширения и вялым пере­мешиванием первичного и вторичного потоков. Поэтому успешное сжига­ние топлива достигается взаимодействием струй разных горелок в обьеме топочной камеры. Для этого применяют встречное расположение горелок с двух противоположных стен топки или угловое с тангенциальным направ­лением струй в объеме топки (рис. 5.8).

Прямоточные горелки могут быть прямоугольной формы (плоские) или круглые (рис. 5.9). Горелки прямоугольной формы, особенно вытянутые по высоте, обладают высокой эжекцией окружающей газовой среды с боко­вых сторон струи. Поэтому такие горелки при внешней подаче аэропыли (рис. 5.9, а) имеют преимущества по условиям воспламенения. Круглые горелки обычно выполняют с отдельной подачей аэропыли и горячего воз­духа (рис. 5.9,6). Встречный наклон двух блоков горелок, расположенных в одной плоскости по высоте, улучшает перемешивание и сгорание. Такие го­релки получили название плоскофакельных. Горелки с внутренней подачей топлива и рассекателем (рис. 5.9, в) имеют лучшие условия перемешивания с воздухом, но прогрев. топлива происходит медленнее, поэтому такая горел­ка более приемлема для качественного каменного угля с высоким выходом летучих веществ. При угловом расположении горелок и тангенциальном движении факела в сечении топки чаще всего применяют блоки щелевых горелок (рис. 5.9, г).

Прямоточные горелки применяют в основном для сжигания высокоре­акционных топлив: бурых углей, торфа, сланцев и каменных углей с высо­ким выходом летучих веществ. Скорость пылевоздушной смеси на выходе из горелок принимают w{ = 20-28 м/с, а оптимальная скорость вторичного воздуха w2 — (1,5-1,7)w1.

Горелки для высококонцентрированной пыли получают всё более ши­рокое применение. Подача пыли из бункера к горелке происходит в этом случае не первичным потоком воздуха, а с помощью небольшого количе­ства (0,1 0,3% всего расхода) сжатого воздуха СВ, который обеспечи-

Рис. 5.9. Прямоточные пылеугольные горелки: а — прямоугольные с центральным каналом горячего возуха; б — плоскофакельная с круглыми соплами; в — прямоуголь­ная с поворотной головкой и внутренней подачей аэропыли; г — щелевая блочная; В — подвод воздуха; Тл — подвод топливо-воздушной меси; М — подвод мазута; 1 — канал аэропыли; 2 — канал горячего воздуха; 3 — подсос топочных газов к струе аэропылп; 4 — поворотная головка; 5 — рассекатель; 6 — растопочный блок.

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

Топочные камеры и горелки для сжигания твердых Топлив

JfAH °

Рис. 5.10. Горелки с подачей высококонцентрированной пыли: а — смеситель пыли с воздухом; б — прямоточная горелка; в — двухулигочная вихревая горелка; 1 — обмуровка топки; 2 — амбразура горелки; 3 — распылитель; 1 — первичный воздух; II — вторичный воздух; П — пыль; СВ — сжатый воздух; АП — аэропыль.

Вает достаточно хорошую текучесть аэропыли АП по пылепроводу мало­го диаметра — 60-90 мм (рис. 5.10,а). Распыл подаваемой в котел пыли обеспечивается непосредственно на входе в горелку при смешении пы­ли с первичным потоком воздуха (рис. 5.10,6, в). При этом ликвидирует­ся громоздкая система пылепроводов диаметром 300-500 мм от бункеров пыли к горелкам котла, обеспечивается равномерность раздачи пыли по горелкам, резко снижается удельный расход энергии на пневмотранспорт и создается возможность регулировать расход первичного воздуха в зави­симости от нагрузки, что ранее было невозможно по условиям транспор­та пыли.

(5.10)

Аэродинамическое сопротивление горелки по вторичному воздуху, Па, определяется по формуле

АЯ10р = 0.5£гори>к/9В.

Где wB, Рв — аксиальная скорость, м/с, и плотность воздуха, кг/м3, при его температуре в горелке; £гор — коэффициент сопротивления горелки, который для прямоточных горелок составляет 1, 5 - т - 2, 0 и для вихревых — 2,5-3,5.

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Требования к котельной (топочной) на твердом топливе: основные нюансы от специалистов компании Статус 24

Проектирование и сборка составляющих для системы обогрева должна быть четко согласовано со строительными стандартами к отопительным помещениям.

ТТ котлы, электричество и тепловой насос, как альтернатива газу.

Тарифы на центральное отопление постоянно растут, оплата этой коммунальной услуги отнимает большую часть платежей семьи. Отличным выходом может стать выбор альтернативного источника тепловой энергии, который должен стать энергосберегающим, недорогим и …

Подбор мощности твердотопливного котла.

Наиболее важным параметром, от которого зависит удобство и комфорт использования котла, является его мощность. Неправильно подобранная мощность грозит Вам целым рядом проблем и неудобств. Самой распространенной ошибкой является недостаточная мощность

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.