Газовые горелки

ГОРЕЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ

Горелочные устройства крупных котлов обычно выполняются Как комбинированные, т. е. рассчитываются на сжигание двух ви­дов топлива. Наибольшее распространение получили газомазут - ные и пылегазовые горелки. Однако имеются горелки, работающие на всех трех видах топлива, т. е. твердом, жидком и газовом.

Для сжигания природного газа и жидкого топлива в ЦКТИ им. И. И. Ползунова разработана газомазутная горелка большой производительности (рис 59). В качестве аппарата для закручи-

Вания воздушного потока применен регистр осевого типа с пла­стинчатыми плавно изогнутыми воздухонаправляющими лопат­ками. Угол поворота лопаток регистра 50° относительно оси го­релки. Воздушный тракт горелки, включая ее воздухозакручиваю­щий аппарат, разделен на две зоны, которые в области регистра делят его на два концентрических канала: центральный и перифе­рийный. Это дает возможность раздельного регулирования рас хода воздуха для настройки оптимального режима горения при­менительно к тому или другому виду топлива. Наличие плавных переходов по воздушному тракту горелки способствует снижению ее аэродинамического сопротивления. Коэффициент сопротивления воздушного тракта горелок при включении обеих секций воздухо­закручивающего аппарата |в = 3,6.

Газовыпускная камера горелки размещена внутри корпуса и в торцевой части корпуса отделена от обмуровки кольцевым бур­тиком. С одной стороны к газовой камере приварена обойма, слу­жащая для установки регистра, а с другой — конический козырек с цилиндрической обечайкой, оформляющие пережим амбразуры. В горелке применена система периферийной выдачи газа в глу­бине амбразуры через согнутую из трубы круглую газораспреде­лительную камеру с насверленными на ее лобовой поверхности в два ряда газовыпускными отверстиями.

Для обеспечения равномерного выхода газа по окружности газораспределительной камеры и снижения потерь напора по га­зовому тракту горелки проходные сечения камеры и двух газо­подводящих патрубков выполнены в 1,5 раза превышающими сум­марную площадь всех ее газовыпускных отверстий.

Длительные испытания ряда типоразмеров данной горелки на котлах различной производительности показали высокую надеж­ность и экономичность работы горелок. В табл. 51 приведены ос­новные технические характеристики испытанных горелок. При работе горелок на газе была получена минимальная величина из­бытка воздуха за пароперегревателем аПп = 1,02 - ь 1,05 при отсут­ствии неполноты сгорания топлива. При сжигании мазута аПп = = 1,05-7-1,1.

Газомазутная горелка Таганрогского котельного завода в от­личие от вышерассмотренной имеет центральную раздачу газа, что упрощает ее изготовление. Однако газовыпускные насадки при этом иногда подвержены перегреву и обгоранию. Центральная раз­дача газа осуществлена посредством двухстенной газоподводящей трубы, неподвижно установленной по оси амбразуры, через на­сверленные на конце этой трубы отверстия различного диаметра. Весь воздух, поступающий в горелку, закручивается с помощью лопаточного регистра тангенциального типа с плоскими лопат­ками, неподвижно установленными под углом 55° к радиусу. От­сутствует деление воздушного тракта на отдельные регулируемые зоны. Амбразура горелки имеет пережим, а затем расширяется по Направлению к топке под углом 20° на сторону.

Производительность единичной горелки колеблется от 1300 до 1900 кг/ч по мазуту и от 1500 до 2200 м3/ч по газу. Горелки по­ставляются комплектно к газомазутным котлам ТКЗ. Факел, создаваемый этими горелками, имеет большую протяженность, чем у горелок с периферийной раздачей газа.

На рис. 60 показана газомазутная горелка Оргмонтажэнерго - газа (ОЭН), применяемая для паровых котлов производитель­ностью до 40 т/ч. Горелка сконструирована на базе мазутной фор­сунки воздушного распыливания системы Оргэнергонефти. Газовая часть горелки выполнена в виде кольцевой цилиндрической ка­меры, заканчивающейся выходной головкой, в которой располо­жены газовыпускные отверстия в один ряд под углом 45° к оси закрученного потока воздуха. Закрутка первичного воздуха осу­ществляется в завихрителе с профилирующими лопатками, кото рый при работе на мазуте служит для турбулизации распыливаю - щего воздуха. Кроме того, при работе на мазуте в горелку по­дается вторичный воздух, получающий закрутку в особом ре­гистре. Давление первичного воздуха должно быть не менее 180 мм вод. ст., а количество его должно составлять 60—70% оТ

Общего количества воздуха, необходимого для полного сгорания. В качестве резервного топлива предусмотрен мазут с паровым распылом.

Разработаны газомазутные и мазутные горелки ОЭН. Произ­водительность их по мазуту колеблется от 75 до 750 кг/ч.

В 1961 г. Оргмонтажэнергогазом внесены некоторые изменения во все типоразмеры газомазутных горелок, которые сводятся к следующему. Подвод газа из внутренней полости кожуха выне сен и расположен над кожухом, что дает возможность при работе на мазуте снять деталь, подводящую газ, превратить газомазут ную горелку в мазутную. Снижена скорость выхода газа из отвер­стий с 45 до 30 м/сек, что значительно уменьшает шум при работе на газе и снижает необходимое давление газа перед горелкой. За­менены паровой и мазутные наконечники у форсунки в целях сни­жения удельного расхода пара при распыливании топлива паром. Предусмотрены окна с боков регистра для осмотра лопаток и возможности очистки их без выемки форсунки из амбразуры, а также для большего прохода воздуха при распыливании топлива паром. Характеристики одной из серии этих горелок даны в табл. 52.

Газомазутные горелки ГМГ и НГМГ, разработанные в ЦКТП, идентичны по конструкции и состоят из газовоздушной части, ма­зутной форсунки, регистров первичного и вторичного воздуха, фронтовой плиты. Горелки отличаются способом распыливании мазута. Для горелок ГМГ применяется паромеханическая, а для НГМГ — пневматическая низконапорная форсунка.

Регистр первичного воздуха представляет собой лопаточный аппарат с прямыми лопатками, установленными под углом 45°, и служит для подвода закрученного воздушного потока к корню фа­кела. Регистр вторичного воздуха устроен так же и служит для закрутки воздушного потока. Для горелок типа НГМГ торцевая стенка регистра вторичного воздуха выполнена в виде пережима для увеличения выходной скорости воздуха, так как воздух яв­ляется в данном случае распыливающей средой.

Для нормальной работы горелок необходимо вести подогрев мазута до температур, обеспечивающих вязкость 3—4° для паро­механических и до 6° — для пневматических низконапорных фор­сунок. Мазут перед горелками должен быть профильтрован через сетку с ячейками не более 0,75X0,75 мм.

Давление распыливающего пара для горелок ГМГ поддержи­вается в пределах 0,7 —2,0 кгс/см2 на всех режимах. При работе на нагрузках выше 70% от номинальной подача пара для рас­пыла не обязательна. Не рекомендуется применять пар для рас - пыливания с температурой более 200° С, а также высоковлажньш пар. В первом случае увеличивается опасность коксования распы­лителей, а во втором — ухудшается качество распыливания.

Переход с газа на жидкое топливо осуществляется путем по­дачи жидкого топлива под давлением 2—5 кгс/см2 и распыливаю­щего пара. После воспламенения жидкого топлива подача газа

Прекращается и устанавливается необходимый режим горения. Допускается одновременное сжигание газа и мазута. При всех переключениях подача вторичного воздуха не прекращается.

Зажигание горелок осуществляется либо автоматическими за­пальниками, либо переносными запальниками вручную. При зажи­гании в горелку подается только первичный воздух

На рис. 61 показана низконапорная газомазутная горелка НГМГ. Распыливание жидкого топлива в ней осуществляется воз­духом, который подводится к завихрителю под давлением 250— 300 мм вод. ст. За завихрителем установлен пережим, благодаря которому в зоне распыливания создаются высокие скорости и силь­ная турбулизация потока. Это обеспечивает хорошее распылива­ние топлива на всех режимах работы горелки.

Основное количество воздуха, необходимое для горения, по­дается под давлением 100—150 мм вод. ст. через второй завихри - тель. Давление и расход распыливающего воздуха остаются по­стоянными при всех режимах работы горелок, а количество воз­духа, идущего на горение, регулируется в зависимости от расхода топлива через горелку.

Закрутка воздуха регистрами осуществляется в одну сторону. Правое или левое вращение воздуха выбирается в зависимости от компоновки горелок.

Топливо подается в зону распыливания через отверстия в топ­ливном стволе, при этом распыл топлива, по данным испытаний НКТИ, получается близким к обеспечиваемому механическими форсунками. Проведенные исследования и опыт эксплуатации по­казали, что следует изготовлять топливные стволы горелок НГМГ-1,5 и НГМГ-2 с пятью отверстиями диаметром 3 мм, НГМГ-4— с восемью отверстиями диаметром 3 мм, НГМГ-5,5/7— с восемью отверстиями диаметром 4 мм. Топливный ствол устанав­ливается заподлицо с выходной кромкой регистра распыливаю­щего воздуха с допуском ±0,5 мм. Углубление ствола внутрь го­релки приводит к забрасыванию мазута на завихритель, а выдви­жение ствола в топку — к ухудшению распыливания и тем самым к удлинению факела.

Газ подводится к горелке через специальное устройство, кото рое представляет собой коллектор с отверстиями по окружности. Диаметр отверстий газового насадка устанавливается в зависимо­сти от теплоты сгорания газа.

Форма и оформление кирпичной кладки амбразуры могут из­меняться в зависимости от конфигурации топки и компоновки. Ос­новные характеристики горелок этого типа приведены в табл. 53. В табл. 54 приведены данные по газомазутным горелкам ГМГ, которые по своей конструкции аналогичны горелкам НГМГ, од­нако рассчитаны на повышенное давление мазута — до 30 кгс/см Оба типа горелок могут работать на мазуте марки М20 — М100 и газе с теплотой сгорания от 5000 до 8500 ккал/м3. Серийное про-

Изводство этих горелок налажено на заводе «Ильмарине» (Тал­лин, ЭССР).

В табл. 55 и 56 приведены режимные карты для обоих типов горелок. Причем следует оговорить, что для природного газа <2и= = 8500 ккал/м3 необходимо выдерживать следующие диаметры и количества отверстий в газовом коллекторе для выхода газа: для горелок ГМГ-1/1,5 и НГМГ-1,5 — по 16 отверстий диаметром 7 мм; для горелок ГМГ-2 и НГМГ-2— по 24 отверстия диаметром 7 мм; для горелок ГМГ-4 и НГМГ-4 — по 24 отверстия диаметром

О ю О сч о со г -

О З- *0

О о 00 см со о X о о со

>о 1-1

<э О о о см ООО I о О СО О) I см X) о

О о О ю Ю СО Ю

10 мм; для горелок ГМГ-5,5/7 и НГМГ-5,5/7 — по 40 отверстии диаметром 10 мм.

Во время испытания горелок НГМГ-4 на природном газе, уста­новленных в котлах ДКВР-6,5-13, получены следующие данные: к. п. д. котла на всех нагрузках 86—87%, оптимальный коэффи­циент избытка воздуха а0пт = 1,1. Более высокие показатели могли бы быть достигнуты, если бы производительность горелок соответ­ствовала производительности котла. Дело в том, что для данного котла тепловая нагрузка горелок НГМГ-4 велика. Так, в опытах при изменении производительности котла от 40 до 120% загрузка горелок составляла всего 20—70%, т. е ни на одном режиме не приближалась к номинальной.

Ьі a

Cj cl,

N: a. яо x X

O) ~

0 I

Cx 1 як E

1 a. со О

СП

>.

D.'S1 H s

S4 fc I a.«

« Й о а s о **

4

0)

CL К

Газомазутные горелки типа ГМГА применяются на агрегатах, где основным видом топлива является газ, а мазут — резервным. Это обусловлено тем, что они могут работать при пониженных нагрузках (менее 50%) на мазуте без потерь тепла от химической неполноты горения только при избытке воздуха аг=2,0. А это, есте­ственно, влечет за собой повышение потерь тепла с уходящими газами и снижение экономичности работы агрегата.

На рис. 62 показана конструкция горелки ГМГА, а в табл. 57 приведены ее характеристики. Воздухонаправляющее устройство имеет проточную часть с плоскими лопатками. Установленный по оси воздухонаправляющего устройства диффузор представляет сплошной сварной конус, который можно перемещать по цен­тральной трубке. При работе горелки на газе диффузор выводится из воздушного потока и устанавливается в крайнем заднем поло­жении. При работе на мазуте конус располагается непосредственно у корня факела.

Если воздухонаправляющие устройства нескольких горелок размещены в общем воздушном коробе, то они снабжаются пере- движными кольцевыми шиберами, называемыми регистрами, поз­воляющими перекрывать доступ воздуха к отдельным горелкаМ - Газораспределительное устройство состоит из камеры с тремя рЯ' дами отверстий для выхода газа. Горелка комплектуется пароме' ханической форсункой.

В СредазНИИГазе под руководством Р. Б. Ахмедова создана серия реверсивных газомазутных горелок, служащих для регули­рования температуры перегрева пара в паровых котлах. Горелка с тангенциальным лопаточным подводом воздуха типа РТЛС по­казана на рис. 63. Она может быть изготовлена и в пылегазовом исполнении. В воздушном коробе горелки установлен тангенци­альный лопаточный завихритель с жестко закрепленными лопат­ками, состоящий из шести секций. Завихритель разделен на две ступени (правого и левого вращения), по три секции в каждой. Внутри завихрителя установлен цилиндрический шибер, который с помощью привода свободно перемещается и фиксируется в опре­деленном положении. Шибер позволяет перекрывать одну или другую ступень и соответственно получать то или иное направле­ние вращения факела. Конструкция шибера позволяет регулиро­вать интенсивность крутки воздушного потока. Расчетная произ­водительность горелки по газу от 500 до 5000 м3/ч.

Исследования горелок типа РТЛС, проведенные на ряде ТЭЦ, показали их высокие эксплуатационные качества. Полное сжига­ние газа без потерь тепла от химической неполноты горения до­стигается при избытках воздуха а = 1,02 -5-1,04. Горелки обладают низким гидравлическим сопротивлением — около 20 мм вод. ст. В горелках легко осуществляется регулирование интенсивности крутки воздушного потока и изменение вращения взаимодействую­щих пламен, что позволяет получать оптимальную температуру перегрева пара.

Газомазутная горелка типа РТС имеет простой тангенциаль­ный подвод воздуха. Она состоит из воздушного короба, поворот­ного барабана с прямоугольным направляющим окном для ввода воздуха в камеру завихрения, привода барабана и газового кол­лектора. Поворо^ый барабан с помощью привода может повора­чиваться вокруг оси внутри воздушного короба в пределах до 200° и фиксироваться в любом положении. В зависимости от поло­жения прямоугольного окна поворотного барабана относительно оси симметрии горелки обеспечивается правое или левое вращение воздушного потока. Изменением зазора между кромкой прямо­угольного окна и ближайшей к нему стенкой воздушного короба можно в широких пределах регулировать интенсивность крутки воздушного потока. Расчетная производительность горелки нахо­дится в пределах от 300 до 8000 м3/ч. Горелка отличается низким гидравлическим сопротивлением. Устойчиво и экономично рабо­тает при избытках воздуха а — 1,03н-1,06. Основные преимущества горелок РТЛС и РТС заключаются в широком диапазоне регули­рования, малых размерах, возможности изменения направления вращения факела.

Широкое распространение для котлов средней и большой про­изводительности получили комбинированные пылегазовые горелки конструкции Оргэнергострой (рис. 64), представляющие собой приспособленную для сжигания газа улиточную пылевую горелку

/ — воздушный короб; 2 — тангенциальный лопаточный завихрнтель 3 — цилиндрический шибер; 4 — привод цилиндрического шибера;

5 — центральная газовая труба; 6 — гляделка.

/ — пылепровод; 2 — труба для перемещения раздающего конуса; 3 — канал аэропылн; 4 — улиточный закручнватель; 5 — откатиая часть; 6 — раздающий конус 7 — газовая камера; 3 — уплотнение

Типа ОРГРЭС. Тепловая производительность горелки и скорости воздуха в ней остались такие же, как и при работе на угольной пыли. У комбинированных пылегазовых горелок скорость выхода газа из отверстий от 60 до 150 м/сек. Подача воздуха в основном производится по каналу вторичного воздуха, т. е. через завихри тель. В канал аэропыли также рекомендуется подача 10—15% воз­духа. На целом ряде установок количество первичного воздуха, подаваемого через канал аэропыли, приходится увеличивать до 30%) для снижения воздушного сопротивления горелки и возмож­ности подать через нее необходимый для горения воздух.

Центральные трубы, образующие канал аэропыли, должны обя­зательно выполняться откатными во избежание обгорания разда­точного конуса при сжигании газа. При работе этих горелок про­цесс горения практически заканчивается на расстоянии 2—2,5 м от амбразуры, остальная часть топочной камеры заполнена несветя щимся пламенем. Горелка имеет следующие характеристики:

Тепловая нагрузка, тыс. ккал/ч, при <2,! =

TOC o "1-5" h z =8500 ккал/м3 . 25500

Расход газа, м3/ч. ................................................ 3000

Скорость газа на выходе из отверстий, м/сек 100

Скорость воздуха, м/сек... 35

Длина факела при работе на газе, м. ... 3

Диаметр амбразуры, мм. 1320

Длина горелки, м 3

Комбинированная пылегазовая горелка (рис. 65, а) предназна-

Чена для сжигания тощих углей и природного газа в топках мощ­ных котлов электростанций. Горелка создана на базе горелок Та­ганрогского котельного завода. В горелке сохранен улиточный под вод пылевоздушной смеси и подвод вторичного воздуха с лопа точным регистром.

Газ подводится к кольцевому коллектору горелки и далее по отдельным трубам к раздаточному кольцу с отверстиями диамет­ром 20 мм. Раздаточное кольцо выполнено из жаропрочной стали Пылевой насадок выполняется из огнеупорного кирпича. Горелка реконструирована Мосэнергопроектом. Ее основные характери­стики следующие:

TOC o "1-5" h z Тепловая нагрузка, тыс. ккал/ч 23000

Расход природного газа, м3/ч.... 2700

Расход угля (<2Р = 6550 ккал/кг), кг/ч. . . 3550

Скорость газа на выходе из отверстий, м/сек 110

Скорость воздуха, м/сек. . ... 35

Длина факела при работе на газе, м. 3

Мосэнергопроектом на базе щелевых горелок типа ОРГРЭС

Создана пылегазовая горелка большой производительности. Го­релка (рис. 65, б) имеет поворотный насадок, позволяющий регу­лировать подачу пыли по высоте топочной камеры, а также изме­нять скорость выхода аэросмеси. Газовая часть горелки состоит из шести труб диаметром 83X3,5 мм, расположенных по высоте

В 2 ряда, по три трубы в каждом ряду. Трубы имеют на концах отверстия диаметром 8 мм для выхода газа. В случае необходи­мости можно производить выемку труб газовой части горелки без разборки труб аэросмеси. Пылегазовая горелка имеет следующие характеристики:

TOC o "1-5" h z Тепловая нагрузка, тыс. ккал/ч...................................... 21000

Расход природного газа, м3/ч... . . 2450

Скорость выхода газа, м/сек........................................... 35

Скорость воздуха на выходе из амбразуры, м/сек. 25

Сопротивление горелки по воздушному тракту,

Мм вод. ст.......................................................... . 50

Сопротивление горелки по газовому тракту,

Мм вод. ст............................................................................... 300

Длина факела при работе на газе, м. . . ~ 2,5

Одна из конструкций комбинированной горелки, предназначен­ной для сжигания угольной пыли, природного газа и мазута, при­ведена на рис. 66. Мазутная паромеханическая форсунка устанав­ливается по оси горелки. Газ подается по кольцевому каналу и

Выходит через щели газового наконечника, где попадает в закру - ченный поток воздуха. Перемещение каркасной трубы с газовым наконечником с помощью винтовой передачи и маховика позво­ляет регулировать скорость выхода газа. При движении газового наконечника длина щелей, через которые выходит газ, может из­меняться от 60 до 0 мм, т. е. щели могут быть полностью пере­крыты. Эта конструктивная особенность горелки позволяет менять дальнобойность газовых струй для установления оптимального соотношения скоростей газа и воздуха при изменении теплоты сго­рания газа.

Для возможности передвижения газового наконечника и свя­занной с ним мазутной форсунки подвод мазута и пара к послед­ней осуществляется гибкими шлангами. Мазутная форсунка легко разбирается и может быть прочищена или заменена новой во время работы агрегата.

Смесь угольной пыли с первичным воздухом подастся в топку по каналу, снабженному спиральными ребрами. Вторичный воздух закручивается в противоположном направлении. При работе го­релки на угольной пыли газовые щели полностью перекрываются во избежание обгорания и шлакования.

Работа горелки проверялась на котле ТЭЦ. Котел был обору­дован шестью пылегазомазутными горелками. Сжигание газа поз­волило, как выявилось в работе, вести топочный процесс с мень­шим, чем при пылеугольном топливе, избытком воздуха. Коэффи­циент избытка воздуха за котлом при номинальной нагрузке составлял на угольной пыли 1,22, а на природном газе—1,17. Наблюдалось также снижение температуры уходящих газов за воздухоподогревателем котла при сжигании газа на 10—15° С по сравнению со сжиганием угольной пыли. При этом указанные из­бытки воздуха обеспечивали отсутствие химической неполноты сгорания. К. п. д. котла был высоким и достигал при номинальной паропроизводительности 93—94°/о на газе и 90—92% на угольной пыли.

Переход с одного вида топлива на другое осуществляется без затруднений. Для перевода работы горелки с газа на мазут тре­буется 1—2 мин, т. е. время, необходимое для открытия паровых и мазутных вентилей. Для перевода работы горелки на угольную пыль необходимо затратить 10—15 мин, так как это время тре­буется для разогрева горячим воздухом пылеугольных мельниц.

Горелка допускает одновременное сжигание газа и угольной пыли. Процесс горения обоих топлив протекает устойчиво, однако экономичность работы горелки ухудшается, так как приборы теп­лового контроля и автоматики настраиваются только на один вид топлива.