Котельные установки

Циклонный принцип сжигания топлива

В топках современных камерных котлов главным препятствием на пути к интенсификации горения является медленный, происходящий по законам диффузии, подвод кислорода к поверхности горящей пылинки, не обеспечи­вающий полного выгорания пылинки за время ее нахождения в топке. Ввиду этого приходится идти на увеличенные объемы топки.

При разработке котельных агрегатов новых типов, в частности топок ра­ботающих по циклонному принципу, ставились следующие задачи.

1. Достижение высокой экономичности за счет снижения потерь.

2. Достижение максимального шлакоулавливания.

3. Значительное сокращение размеров и веса котла.

4. Механизация шлакоудаления.

5. Возможность экономичного сжигания любых топлив.

Все эти поставленные задачи почти полностью разрешаются в циклонных топках.

Циклонный принцип организации горения твердого топлива в СССР был предложен Г. Ф. Кнорре еще в начале 30-х годов. Первой промышленной топ­кой с жидким шлакоудалением с горизонтальной циклонной камерой в СССР была топка системы Ковригина, работающая с 1950 г. под котлом Д-25 т/ч.

В настоящее время в промышленности применяются различные типы го­ризонтальных и вертикальных циклонных топок для сжигания мелкодробен - ного топлива или грубой пыли как с жидким, так и с твердым шлакоудалени - ем. На рис. 9.25 представлена принципиальная схема горизонтальной циклон­ной топки с жидким шлакоудалением. Топливо (дробленка с размером частиц до 2-10 мм либо грубая пыль) подают в циклонную камеру с первичным воз­духом 2 в данном варианте через улитку в центральной части камеры. Вторич­ный воздух 4 подают в камеру тангенциально через сопла - щели с большой скоростью (100-120 м/с). Это требует давления воздуха порядка 600-900 мм в. ст., но подобный подвод вторичного воздуха обеспечивает завихрение пото­ка в камере и отбрасывание топливных частиц на ее стенки. Количество вто­ричного воздуха в зависимости от конструкции топки и сорта топлива состав­ляет 10-25 %.

Развивающаяся в циклонной камере высокая температура (1700-1800 °С) приводит к расплавлению золы и образованию на стенках шлаковой пленки. Жидкий шлак вытекает из камеры через летку 6. Отбрасываемые на стенки свежие частицы топлива прилипают к шлаковой пленке и интенсивно выгора­ют при обдувании их воздушным потоком.

В выходной части циклонной камеры имеется пережим-ловушка, через которую продукты горения поступают в камеру дожигания 7. Наличие пере­жима приводит к уменьшению уноса. Крупные частицы циркулируют в ци­клонной камере до полной газификации. Выносимые из циклона мельчайшие частицы топлива догорают в камере дожигания. Поэтому в циклонных каме­рах полнота сгорания частиц не зависит от длины факела.

Крупная топливная крошка уже не подчиняется законам витания. Ско­рость обтекания ее поверхности газом несколько меньше, чем при неподвиж­ном слое, но значительно больше, чем скорость витания (в камерных топках). Следовательно, теплообмен на поверхности частицы значительно интенсифи­цируется. Поэтому циклонным топкам свойственны высокие тепловые напря­жения. Так, для горизонтального циклонного предтопка (12-25)10° кДж/м3- ч при малом избытке воздуха а = 1,05-1,1 в конце предтопка и 1,15 - в конце камеры охлаждения.

Запас топлива в объеме топки при вихревом принципе несколько мень­ше, чем при слоевом, и значительно больше, чем при факельном. Это придает известную устойчивость горению сближающую его с слоевым процессом.

Аэродинамическая картина потока в циклонной камере отличается сложностью (рис. 9.26). Аэродинамика складывается из относительного пере­мещения нескольких вихрей:

1 - основной вихрь, примыкающий к стенкам камеры и движущийся от средней плоскости шлиц 5 к обоим торцам;

2 - кольцевой обратный ток, примыкающий к основному вихрю и дви­жущейся от выходного к входному торцу;

3 - выходной вихрь, примыкающий к кольцевому обратному току, пере­мещается от входного к выходному торцу;

4 - осевой обратный ток, поступающий в камеру вследствие образования в приосевой области разрежения. Этот ток состоит из горячих газов и способ­ствует воспламенению свежих порций топлива.

Как уже указывалось выше, в настоящее время работают циклонные топ­ки различных конструкций: вертикальные и горизонтальные на различных фракциях топлива от дробленки (5-6 мм) до крупной пыли (Rgg = 40-45 % и R200 = 15-20 %). Результат эксплуатации показал следующие преимущества циклонных топок:

1. Высокое тепловое напряжение топочного объема, измеряемое не­сколькими миллионами кДж/м3- ч: (20-25)-10° - для циклонных топок и (800-900)-10 - среднее для двух камер при вертикальном предтопке.

2. Улавливание в пределах камеры и удаление в жидком виде 85-90 % золы топлива.

3. Возможность работы с малым избытком воздуха (а = 1,05-1,1), что приводит к снижению потери тепла с уходящими газами.

4. Возможность работы на дробленом топливе или пыли грубого помола, что позволяет упростить систему пылеприготовления и снизить расход элек­троэнергии на пыле приготовление.

5. Уменьшение потери от механического недожога (ввиду неограничен­ного пребывания частиц в топке) и химического недожога (ввиду хорошего пребывания смесеобразования). В сумме эти потери составляют всего 0,3-0,5

%.

К основным недостаткам циклонных топок следует отнести:

1) затруднение при сжигании углей с малым выходом летучих, а также высоковлажных углей;

2) увеличение потери с физическим теплом шлака (более 2 %);

3) повышенный расход энергии на дутье.

Для топок с горизонтальными циклонными предтопками рекомендуется при­менять дробленку углей с выходом летучих на горючую массу не менее 18-20 % с приведенной зольностью не более 6 %/Мкал, температурой плавления зо­лы 1450-1500 °С. Таким образом, эта топка не пригодна для АШ, ПА, Т. По­ложительный опыт применения горизонтальных циклонов на каменных углях имеется в США (например блок № 3 ст. Парадайс). Котельные агрегаты с го­ризонтальными циклонными предтопками обладают широким диапазоном ре­гулирования нагрузки. При этом выключается часть предтопков (аналогично вертикальным предтопкам, см. ниже). Горизонтальные циклонные предтопки отличаются высокой степенью шлакоулавливания. Так, при работе на дроб - ленке, по данным зарубежной практики и ЦКТИ, - до 85 и 90 %. Высокое шла - коулавливание позволяет повысить скорость в конвективных газоходах котла. Это упрощает систему золоочистки котла ввиду уменьшения заноса золой по­верхностей нагрева.

Преимущество - отключение циклонов и глубокое снижение нагрузки.