Паровые котлы ТЭС

Камерные топки с жидким шлакоудалением

Для обеспечения жидкого шлакоудаления необходимо, чтобы температура газов у стен нижней части топки и в районе пода была вы­ше температуры текучести шлака, т. е. ■0Г> >tu. m, где ^н. ш=^з+(50ч-100) °С —температу­ра нормального жидкотекучего состояния. Соз­дание таких условий в нижней части топки возможно путем 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 приваривают шипы (диаметром 10—12 мм и длиной 12—15 мм) и затем наносят слой изоляции (рис. 7.13). Оригинальная конструк­ция таких «утепленных» экранов предложена ЗиО. Вместо ошипованных труб использованы трубы со спиральным оребрением, полученным методом накатки.

Подовая часть топки выполняется горизонтальной или слабонаклонной к центру топки. Здесь на трубы пода накладывают два-три слоя огнеупорного кирпича на огнеупорной связке. В центре пода оставляется одно или два футерованных отверстия для слива шлака (летки) размером примерно 500X800 мм. Расплавлен­ный шлак переливается через край летки и тонкими струями стекает в шлаковую ванну, где при контакте с водой отвердевает.

Доля шлакоулавливания в таких топках заметно возрастает по сравнению с твердым способом: аш„— =0,2-г-0,4. Удаление затвердевшего шлака из ванны производят непрерывно скребковыми, шнековыми или роторными транспортерами.

По конструкции топочные камеры с жид­ким шлакоудалением выполняются однокамер­ными (открытые и полуоткрытые) и двух-, трехкамерными. По характеру движения факе­ла они могут быть с прямоточным факелом, с пересекающимися струями и циклонным дви­жением.

Наиболее простым конструктивным реше­нием топки с жидким шлакоудалением явля­ется открытая однокамерная топка с прямо­точным факелом (рис. 7.14,а). За счет футе­рования экранов нижней части топки и выпол­нения утепленного пода выделяется зона с по­вышенной температурой газов (зона плавле­ния шлаков). В этом случае применяют вих­ревые горелки с встречным и более низким расположением их над подом топки. Однако высокая отдача теплоты в верхнюю зону охлаждения ограничивает регулировочные возможности топки: при снижении нагрузки до 0,7—0,8 номинальной начинается застывание шлаков вначале на стенах, а затем на поду. Кроме того, открытая топка обеспечивает не­высокую степень шлакоулавливания: ашл= =0,1-^0,15.

С помощью двустороннего пережима топки обеспечивается выделение камеры горения (рис. 7.14,6). Отдача теплоты в верхнюю зону здесь заметно сокращается. Благодаря этому

Ч 6)

Рис. 7.14. Схемы топок с жидким шлакоудалением и прямоточным факелом.

А — открытая топочная камера; б — топка с пережимом.

Достигается достаточно высокая температура газов (1600—1800°С). Объемное тепловое на­пряжение камеры горения составляет =

=500-^800 кВт/м3, заметно растет доля шла­коулавливания: аШл=0,2-^0,4. Расширяется диапазон работы котла с устойчивым выходом жидкого шлака.

В топках с пересекающимися струями (рис. 7.15) камера горения выделяется одно­сторонним или двусторонним пережимом. Прямоточные горелки устанавливаются таким образом, чтобы создать в камере горения вих­ревое движение факела с горизонтальной осью. Факел делает один оборот вблизи футерован­ных стен, затем горячие газы проходят в про­межутках между горелками, пересекают струи свежей пылевоздушной смеси, обеспечивая их быстрый прогрев и устойчивое воспламенение. Организованное движение вдоль стен и пода топки создает условия для устойчивого выхо­да жидкого шлака даже при глубоком сни­жении нагрузки (до 40—50% номинальной).

Рис. 7.16. Циклонные топки.

А — топка с горизонтальными циклонами; б — подовые предтоп - ки с верхний выходом газов; 1 — камера горения (циклон); 2 — шлакоулавлнвающий пучок; 3 — камера охлаждения; 4 — горел­ка; 5 — сопла вторичного воздуха; 5 — шлаковая летка; 7 — шла­ковая ванна.

Объемное тепловое напряжение камеры горе­ния составляет 500—600 кВт/м3.

Более полное разделение горения и охлаж­дения газов достигается в топках с циклонны­ми предтопками (рис. 7.16). По принципу вы­полнения эти топочные устройства относятся к двухкамерным топкам. Сущность циклонно­го метода сжигания состоит в том, что тан­генциально вводимый в предтопок с большой скоростью вторичный воздух (80—120 м/с) или тангенциально направленные пылевоздуш - ные струи из горелок закручивают факел в предтопке (см. рис. 3.1). Вся внутренняя его поверхность покрыта экранами из ошипован­ных и футерованных огнеупорной массой труб. Частицы топлива в предтопке подвержены воздействию двух сил: центробежной, отбра­сывающей их к внутренней стенке предтопка; аэродинамической, выносящей частицы вме­сте с газами из предтопка. Соотношение этих сил зависит от размеров частиц, поэтому ча­стицы распределяются по сечению циклона неравномерно: наиболее крупные отбрасыва­ются к стенкам предтопка и там вовлекаются в вихревое движение до полного выгорания, а мелкие фракции сгорают в центральной части его. В циклонных предтопках можно сжигать более грубую пыль, а в ряде случаев (в горизонтальных циклонах) и дробленое топливо, снижая тем самым затраты энергии на пылеприготовление. Интенсивное вихревое движение обеспечивает также значительное улавливание шлака в жидком виде (аШл до 0,6—0.85). Большее значение относится к го­ризонтальным циклонным предтопкам.

Горизонтальные циклонные ппедтопки (рис. 7.16,а) выполняют диаметром 1,8—4 м. Длина циклона больше его диаметра в 1,2—1,3 раза. Тепловая мощность од-

Ного циклона составляет 150—400 МВт. Тепловое на­пряжение в циклоне весьма высокое (<?у=2-н6 МВт/м3) при уровне температур газов 1800—1900°С и избытке воздуха ац= 1,054-1,1. Однако из-за необходимости иметь развитую камеру охлаждения газов общее теп­ловое напряжение топок с горизонтальными циклонами не превышает 200—300 кВт/м3, что ненамного выше, чем в обычных однокамерных топках с жидким шлако­удалением.

Высокие скорости вторичного воздуха обеспечива­ются применением специальных высоконапорных венти­ляторов с напором 10—20 кПа (1000—2000 мм вод. ст.), что в 2—3 раза выше обычных напоров воздуха. В кон­структивном исполнении топки с циклонными предтоп - ками сложнее и дороже обычных однокамерных топок.

Вертикальные подовые предтопки с верхним выхо­дом газов (рис. 7.16,6) производства Барнаульского котельного завода (БКЗ) располагаются под камерой охлаждения. Их выполняют восьмигранными из отдель­ных плоских секций и включают в общую циркуляцион­ную схему экранов топочной камеры, что заметно уде­шевляет конструкцию по сравнению с горизонтальными циклонами. На одну камеру охлаждения работают обычно два предтопка. Прямоточные щелевые горелки устанавливают на четырех стенках предтопка с тан­генциальным направлением потоков при обычных ско­ростях первичного и вторичного воздуха (ш.'1=25-т - 35 м/с, ги2=40-!-50 м/с). Вся внутренняя поверхность предтопка футерована по экранам.

Преимущества топочных устройств с жид­ким шлакоудалением в сравнении с твердым удалением шлаков заключаются в следующих основных моментах. При сжигании одного и того же вида топлива потери с механическим недожогом в случае жидкого шлакоудале­ния снижаются примерно на 30%. Общее теп­ловое напряжение топочного объема оказы­вается в среднем на 20% выше. Это значит, что в таком же соотношении при жидком шлакоудалении можно уменьшить габариты топочной камеры. За счет уплотнения нижней части топки уменьшаются присосы воздуха - в топочную камеру, что приводит к некоторо­му снижению потерь с уходящими газами. В топках с высоким шлакоулавливанием за­метно сокращаются затраты на золоулавли - вающие установки.

Вместе с тем топки с жидким шлакоудале­нием обладают рядом недостатков. Так, рост шлакоулавливания ведет к увеличению поте­ри теплоты с высокотемпературными шлака­ми <7е, которая во многих случаях превосходит уменьшение потерь <74. Снижается диапазон рабочих нагрузок по условиям выхода жидко­го шлака (для однокамерных топок). Рост температурного уровня в ядре факела ведет к увеличению выхода вредных окислов азота. В связи с этим выбор для того или другого вида топлива топочного устройства с твердым или жидким шлакоудалением требует оценки и сопоставления всех положительных и отри­цательных моментов. В то же время не всякое топливо можно сжигать с обеспечением жид­кого выхода шлаков. Если для топлив с отно­сительно легкоплавкой золой 1150-f - 1300°С) не возникает затруднения, то при зна­чениях ^з>1350°С необходимо произвести расчет обеспечения выхода жидкого шлака.

Экономически выгодно применять топки с жидким шлакоудалением при сжигании низ­кореакционных топлив (антрацит, полуантра­цит, тощие каменные угли), когда достигается заметный выигрыш за счет снижения механи­ческого недожога, а также топлив с низкой температурой плавления золы, которые в топ­ках с твердым шлакоудалением вызывают сильное шлакование топочных экранов.