Расчет котлов и котельных установок

Слоевой способ сжигания. слоевые топки

Процесс сжигания топлива происходит в неподвижном и кипящем слое (псевдоожиженном), В неподвижном слое (рис. 13, а) куски топлива не перемещаются относительно решетки, под кото­рую подается необходимый для горения воздух. В кипящем слое (рис. 13, б) частицы твердого топлива под действием скоростного напора воздуха интенсивно перемещаются одна относительно другой. Кипящий слой существует в границах скоростей от начала псевдоожижения до режима пневмотранспорта.

На рис. 14 показана структура неподвижного слоя. Топливо 4, ссыпаемое на горящий кокс, прогревается. Выделяющиеся лету­чие сгорают, образуя надслойное пламя 5. Максимальная темпера­тура (1300—1500 °С) наблюдается в области горения коксовых частиц 3. В слое можно выделить две зоны: окислительную, а > 1; восстановительную, а < 1. В окислительной зоне продуктами реакции горючего и окислителя являются как С02, так и СО. По мере использования воздуха скорость образования С02 за­медляется, максимальное ее значение достигается при избытке воздуха а = 1. В восстановительной зоне ввиду недостаточного количества кислорода (а < 1) начинается реакция между С02 и горящим коксом (углеродом) с образованием СО. Концентрация СО в продуктах сгорания возрастает, а С02 уменьшается. Длина зон в зависимости от среднего размера 6К частиц топлива следую­щая: Ьг = (2 — 4) 6К; L2 = (4 — 6) 8К. На длины зон Lx и La (в сторону их уменьшения) влияют увеличение содержания лету­чих горючих V„, уменьшение зольности Ар, рост температуры воздуха.

Поскольку в зоне 2 кроме СО содержатся Нг и СН4, появление которых связано с выделением летучих, то для их дожигания часть воздуха подается через дутьевые сопла 3, расположенные над слоем (см. рис. 13, а). В кипящем слое крупные фракции топ­лива находятся во взвешенном состоянии. Кипящий слой может быть высокотемпературным и низкотемпературным. Низкотемпе­ратурное (800—900 °С) сжигание топлива достигается при разме­щении в кипящем слое поверхности нагрева котла. Динамика кипящего слоя (по его высоте hcn)— выход газообразных состав­ляющих (S08, SO, На и 02) и изменение температуры і — пред-

К

* t

А)

Рис. 13. Схемы сжигания топ­лива в неподвижном и кипящем слое:

1 — подвод воздуха; 2 — решетка; 3 — дутьевое кольцо

Ставлена на рис. 15. В отличие от неподвижного слоя, где размер частиц топлива достигает 100 мм, в кипящем слое сжигается дроб­леный уголь с 6„ < 25 мм. В слое содержится 5—7 % топлива (по объему). Коэффициент теплоотдачи к поверхностям, распо­ложенным в слое, довольно высок и достигает 850 кДж/(м2-ч. К)- При сжигании малозольных топлив для увеличения теплоот­дачи в слой вводят наполнители в виде инертных зернистых ма­териалов: шлак, песок, доломит. Доломит связывает оксиды серы (до 90 %), в результате чего снижается вероятность возникнове­ния низкотемпературной коррозии. Более низкий уровень темпе­ратур газов в кипящем слое способствует уменьшению образова­ния в процессе горения оксидов азота, при выбросе которых в атмосферу загрязняется окружающая среда. Кроме того, исклю­чается шлакование экранов, т. е. налипание на них минеральной части топлива.

Следует отметить также циркулирующий кипящий слой, ха­рактерной особенностью которого является приближение к работе

Слоя в режиме пневмотранспорта.

Топка с неподвижным слоем может быть ручной, полумеханической или ме­ханической с цепной решеткой. Разли­чают топки с прямым (рис. 16, а) и об­ратным (рис. 16, б) ходом решеток /, приводимых в движение звездочками 2. Расход топлива, подаваемого из бункера 3, регулируется высотой установки ши­бера 4 (см. рис. 16, а) или скоростью движения дозаторов 7 (рис. 16, б). В ре­шетках с обратным ходом топливо пода­ется на полотно забрасывателями 8 меха­нического (рис. 16, б, в) или пневмати­ческого (рис. 16, г) типа. Мелкие фракции топлива сгорают во взвешенном состоя­нии, а крупные — в слое на решетке,

Под которую подводится воздух 9. Прогрев, воспламенение и горение топлива происходят за счет теплоты, переда­ваемой излучением от продуктов сгорания. Шлак 6 с помощью щлакоснимателя 5 (рис. 16, а) или под действием соб­ственного веса (рис. 16, б) поступает в шлаковый бункер. Структура горящего слоя представлена на рис. 16, а. Об­ласть III горения кокса после зоны II подогрева поступающего топлива (зона I) расположена в центральной части решетки. Здесь же находится восстановительная зона IV. Неравномерность сте­пени горения топлива по длине решетки приводит к необходимости секционного подвода воздуха. Большая часть окислителя должна подаваться в зону III, меньшая —в конец зоны реагирования кокса и совсем небольшое количество — в зону // подготовки топлива к сжиганию и зону V выжига шлака. Этому условию отве­чает ступенчатое распределение избытка воздуха ах по длине

Рис. 17. Схема котла с топкой с кипящим слоем и конструкция «колпачка раз­дачи воздуха

Решетки. Подача одинакового количества воздуха во все секции могла бы привести к повышенным избыткам воздуха в конце по­лотна решетки, в результате чего его будет не хватать для горения кокса (кривая аг) в зоне III.

Основным недостатком топок с цепными решетками являются повышенные потери теплоты от неполноты сгорания топлива. Область применения таких решеток ограничена котлами паро - производительностью D — 10 кг/с и топливами с выходом летучих Уд f= 20 % и приведенной влажностью W" = 3,25 %. кг/МДж.

Tonnfa с кипящим слоем применена на котле паропроизводи- тельностью D = 75 т/ч, работающем на сланцах (рис. 17). В зоне низкотемпературного кипящего слоя размещены перегреватель - ные 8 и испарительные 9 поверхности нагрева. Подача топлива в слой 3 происходит сверху, а ввод воздуха — из короба 6 через «олпачки (рис. 17, б), расположенные по полотну решетки. Отвод золы из слоя осуществляется по золоотводу 7. Мелкие фракции топлива сгорают во взвешенном состоянии над слоем. Передача теплоты испарительным поверхностям 2 в топке U перегревателю 11 и экономайзеру 10 происходит как в барабанном котле.

Для обеспечения надежности циркуляции среды в испаритель­ных поверхностях 9, расположенных в слое, используется цирку­ляционный насос 5.

Топки с кипящим слоем отличаются пониженным выбросом Таких вредных соединений, как NOx, S02, малой вероятностью шлакования экранов, возможностью (ввиду низкой температуры (Газов) насыщения объема топки поверхностями нагрева. Недо - 44

Статками их являются повышенная неполнота сгорания топлива, высокое аэродинамическое сопротивление решетки 4 и слоя 3, узкий диапазон регулирования паропроизводительности котла.