КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Для уменьшения температур факела и локальных тепловых потоков на топочные экраны предложено нижнее (подовое) расположение горелок. ГАЗОМАЗУТПЫЕ ГОПКИ И ГОРЕЛКИ

В открытой топочной камере с развитием факела вверх (рис. 5.11,в). При этом на мазуте в горелке делают малую степень крутки потока воздуха. Тогда горение факела растягивается на большую высоту топки и локальные тепловые потоки на экраны заметно снижаются, но температура газов на выходе из топки повышается.

Ту же задачу — снижение тепловых напряжений экранов и их вы­равнивание по стенам топки — решает вихревой способ движения факела в топочном объеме (рис. 5.11, г). Прямоточные горелки при этом устанав­ливаются на противоположных стенах топки тангенциально и создают вос­ходящий вращающийся поток горящего факела. Наклон горелок вниз (на 20-40°) обеспечивает активное заполнение факелом нижней часта топки, а с учетом возникшей конвективной составляющей теплообмена происхо­дит интенсивное охлаждение газов и их температура на выходе из топки по сравнению с другими схемами снижается.

Горелки для сжигания природного газа и мазута выполняют комбини­рованными, позволяющими поочередно сжигать эти топлива в одном го­рел очном устройстве. Одним из преимуществ комбинированных горелок является возможность легкого перехода сжигания одного вида топлива на другое. Горелка должна быть выполнена так, чтобы сжигание каждого из видов топлива происходило в оптимальных условиях.

На рис. 5.12 показан пример такой горелки большой тепловой мощ­ности. Она имеет два самостоятельных канала подвода воздуха, каждый из которых завихривается в тангенциальном лопаточном аппарате и посту­пает в периферийный й центральный каналы горелки. Кроме того, имеет­ся еще прямоточная подача третичного воздуха в центральную трубу для охлаждения канала мазутной форсунки. Подача мазута осуществляется па- ромеханической форсункой типа ТКЗ-4М производительностью 1,28 кг/с (4,6 т/ч) при давлении мазута 4,5 МПа и пара 0,2 МПа. Распыл мазута производится в основном в потоке центрального воздуха. С его участием происходит воспламенение топлива. Природный газ в основном вводится в периферийный поток воздуха большим числом труб 032 мм из кольце­вого коллектора. Другая часть природного газа вводится через отверстия центрального коаксиального канала (расчетная скорость выхода газа из от­верстий соответственно 134 и 177 м/с).

Газомазутные горелки рассчитывают на работу с предельно малыми избытками воздуха (аг = 1,02-1,03 в газоплотной топке) в целях сниже­ния интенсивности коррозионных процессов в низкотемпературной части тракта и уменьшения образования NOx (см. раздел 7.7). Работа с низкими избытками воздуха требует тщательного выполнения горелок и воздухо - подводящих трактов, для того чтобы исключить неравномерность распре­деления топлива и воздуха по горелкам. При работе топки под разрежени­ем неизбежны присосы холодного воздуха извне (Arv, = 0.05-0, 1). В та-

Ком случае расход организованного горючего воздуха через горелку будет несколько меньше теоретически необходимого (cVpop = 96-0, 98), посколь­ку присосанный воздух частично (около 0, 5Дат) используется для горения топлива.

Для тонкого распыления мазута применяют центробежные форсунки. В зависимости от используемой среды для распыления мазута различают форсунки механические, паромеханичсские и паровые (рис. 5.13).

В форсунках с механическим распылением используется кинетическая энергия струи мазута, создаваемая напором топливного насоса. Выходя под давлением с повышенной скоростью (до 80 м/с) через завихритель и сопло форсунки, мазут тонко распыляется и выходит в топочный объем в форме полого конуса с большим углом раскрытия. Внутрь конуса поступают горя­чие топочные газы, которые обеспечивают прогрев и испарение выходящего из сопла топлива. _

Средний размер получающихся мелких капель составляет 6 -- = 250- 300 мкм.

В паромеханической форсунке тонкое распыление мазута достигается подачей

Пара в зону разрушения пленки мазута. За счет большей плотности пара и зна - чительной его скорости (более 500 м/с) происходит тонкое распыление жидкости (S = 100-150 мкм). Расход пара на рас­пыл составляет не более 10% расхода мазута. Производительность паромехани­ческой форсунки по мазуту составляет 5-7 т/ч. Они устанавливаются на мощных паровых котлах с глубоким диапазоном регулирования нагрузки.

В паровых форсунках распыление топлива достигается в результате исполь­зования кинетической энергии струи пара, вытекающей из форсунки, а мазут может поступать в форсунку под небольшим дав­лением.

Достоинством парового распыления являются простота форсунки, а также высокое качество распыления даже при невысоком подогреве мазута (до 30°С). Однако паровые форсунки используются

Редко и только как растопочные на электростанциях, сжигающих твердое топливо. В длительной работе они неэкономичны из-за большого расхода пара на распыл (40-60% расхода мазута).

Расчетная производительность механической центробежной форсун­ки Вм (кг/с) прежде всего зависит от площади выходного сопла /о (м2), давления поступающего топлива рм (МПа) и коэффициента расхода /л зави­хренного потока через сопло:

Вм = Ь(1 /о (рм Рм) ^' ^ •

Здесь дополнительно b — числовой коэффициент; рм — плотность жидкого топлива, кг/м3. Как видно, расходная характеристика более существенно зависит от сечения (диаметра) сопла форсунки, слабее от давления мазута и температуры его нагрева (плотности). Производительность центробежных форсунок для котлов большой мощности составляет 0,83 3,3 кг/с (3-12 т/ч) при диаметре выходного сопла г/с = 4-7-8 мм; коэффициенте расхода — /' = 0,15-0, 3 и угле раскрытия струи <р = 80-120°С.

При сжигании природного газа его ввод в воздушный поток чаще вы­полняют перпендикулярно к направлению движения воздуха (рис. 5.14).

При этом газ может поступать из центральной газовой трубы (центральный ввод), либо через большое число отверстий с внешней стороны воздуш­ного канала (периферийный ввод). Для равномерного распределения газа в объеме воздуха глубина проникновения отдельных струй газа должна быть различной. Определяющей характеристикой при расчете проникнове­ния газовой струи является глубина внедрения струи hCj определяемая со­отношением количеств движения газовой струи и воздушного потока и ха­рактеризующая расстояние по нормали от устья струи до места, где она принимает спутное направление движения с воздушным потоком. Глубина внедрения струи определяется по формуле

H — k к d '^L(BL)0^
где dv — диаметр отверстия газовой струи, м; wv, wB — соответственно скоро­сти газовой струи на выходе из отверстия и воздуха в сечении горелки, м/с; обычно wr = 60-120 м/с при wB — 30-50 м/с; рг, рв — плотности газа и воз­духа при расчетных температурах, кг/м3; при температуре горячего воздуха 200-250°С плотности газа и воздуха практически одинаковы; ks — попра­вочный коэффициент на расстояния между отверстиями; ка — поправка на угол ввода газовой струи.

Из формулы (5.12) следует, что глубина проникновения струи опре­деляется главным образом ее диаметром и отношением скоростей струи газа и воздуха. При выполнении газовых отверстий вдоль потока воздуха в несколько (2-3) рядов равномерное распределение газа в воздушном по­токе достигается путем уменьшения диаметра отверстий по направлению движения воздуха (см. рис. 5.14).

Природный газ смешивается с воздухом внутри горелки на некотором расстоянии от выхода в топочный объем. Это необходимо для обеспече­ния первоначального перемешивания части газа с воздухом и достижения стехиометрического соотношения между ними, что создает зону устойчи­вого воспламенения газа на срезе горелки при температуре металлического насадка горелки или обмуровки выше 600°С. Иначе факел будет пульсиру­ющим и может оборваться.

Расход природного газа через горелку Вг, м3/с, определяется из общего теплового баланса парового котла:

(Q Н^п. к^гор)

Где — теплота сгорания газа, кДж/м3; Qn K, щ К — соответственно полез­ная тепловая мощность парового котла, кВт, и его КПД брутто (их расчет приведен в гл. 6); пгор — число работающих газовых горелок.

Воздушные регистры горелок выполняют трех видов: улиточный, тан­генциальный лопаточный и аксиальный лопаточный (рис. 5.15). При боль­ших расходных объемах воздуха мощных горелок улиточный завихритель получается довольно громоздким (большого диаметра). В тангенциальном лопаточном регистре поток воздуха движется к центру канала из пери­ферийной камеры по касательной к стенкам канала. Он имеет несколько большее сопротивление, но отличается высокой степенью крутки потока. Аксиальный лопаточный аппарат состоит из прямых или гнутых лопаток, повернутых под углом 40-50° к направлению оси канала. Он наиболее прост в выполнении и имеет наименьшее гидравлическое сопротивление, но для пропуска всего потока воздуха требуется большой диаметр канала, и при этом создается меньшая по сравнению с другими степень крутки.