Котельные установки

Смесеобразование при слоевых процессах

С аэродинамической точки зрения слоевой процесс (рис. 7.1) отличается тем, что поток воздуха встречает на своем пути слой твердого топлива, реак­ция с которым превращается в поток горящих газов. Перемещение слоя топ­ливных частиц происходит независимо от направления газо-воздушного пото­ка (например, на цепных решетках, наклонно-переталкивающих и др.).

Для того чтобы свободно лежащий на решетке слой частиц мог удер­жаться в токе пронизывающего его воздуха, необходимо, чтобы вес частиц был больше динамического напора, создаваемого потоком воздуха:

ТгсГ. леї2 W"

— (Рч"Рв)>С—---------------------

6 4 2

Где d - приведенный диаметр частиц;

Рч, рв - плотность частицы и воздуха;

Wnox - скорость потока;

1 - дверца поддувальная; 2 - основание загрузочного аппарата; 3 - воронка загру­зочного аппарата; 4 - верхний наклонный колосник / = 1045 мм (схема а) и / = 890 мм (схема о); 5 - нижний наклонный колосник / = 1045 мм (схема а) и / = 985 мм (схема б); 6 - горизонтальный колосник 450x124 мм; 7 - бачка опорная тавровая; 8 - бачка опорная Z-образная; 9 - бачка подколосниковая; 10 - бачка с водяным

Охлаждением

Следует учесть, что в слое лежат частицы угля различного размера и раз­личной формы, а следовательно, и с различной парусностью. При достижении определенной скорости движения наиболее парусные частицы будут выно­ситься из слоя. Следовательно, с точки зрения устойчивости слоя целесооб­разно сжигать более крупные частицы, которые позволяют получать большие скорости обтекания, следовательно, большие скорости горения. Кроме того, целесообразно уменьшить линейные размеры частиц для увеличения суммар­ной свободно реагирующей поверхности топлива. Поэтому для каждого топ­лива должен быть найден оптимальный размер частиц.

При слоевом процессе частицы топлива могут находиться в слое как угодно долго, до полного выгорания. С этой точки зрения время сгорания топ­ливных частиц в слоевых топках не ограничено.

Так как в слое развиваются весьма значительные температуры и процесс для достаточно крупных частиц протекает в диффузной области, то форсиров - ка слоя зависит практически только от скорости, обтекания частиц воздушным потоком. Обычно тепловое напряжение, мг кДж/м" ч, не выходит за пределы

В топках, где конструкция допускает создание более высоких скоростей обтекания, превышающих критическую, без опасения выноса топлива из слоя (например, в топках Померанцева с ""зажатым" слоем) удается повысить теп­ловое напряжение зеркала горения в 10-15 раз.

При слоевом сжигании различают следующие схемы питания слоевых топочных процессов:

• схема встречных потоков;

• схема параллельных потоков;

• схема поперечных потоков;

• схема смешанных потоков.

Эти схемы отличаются одна от другой сочетанием направлений газо­воздушного и топливно-шлакового потоков.

Обозначим: о---- > воздух; і------- * топливо; о-о—газообразные продук­ты сгорания; н—*■ твердые очаговые остатки.

В схеме встречных потоков (рис. 7.2) топливо подается сверху на слой, очаговые остатки удаляются в том же направлении, под колосниковую ре­шетку. Воздух движется навстречу топ­ливу. Он подводится снизу под решетку и пронизывает слой топлива снизу вверх. Продукты сгорания удаляются вверх.

Сгорание топлива происходит по мере перемещения сверху вниз. Можно различать следующие четыре зоны (рис. 7.2). I - зона свежего топлива.

В этой зоне происходят прогрев и подсушка топлива за счет горячих га­зов, пронизывающих слой, и за счет радиации факела. II - зона выхода летучих веществ. В этой зоне топливо разогрето до температуры, при которой проис­ходит его пирогенетическое разложение; III - зона горения кокса; IV - зона выжига шлака.

Основное преимущество схемы встречных потоков - универсальность по топливу. Это объясняется очень надежной двойной схемой зажигания топлива: нижним зажиганием - за счет потока горячих продуктов сгорания коксовой зоны и верхним - за счет лучистого теплообмена с зоной пламенного горения. Следует отметить, что надежность рассматриваемой схемы зажигания стано­вится тем большей, чем мощнее коксовая зона слоя. Таким образом, горящий коксовый слой является мощным стабилизатором процесса горения. По мере продвижения газов снизу вверх содержание кислорода в них уменьшается. В какой-то части коксового слоя всегда имеется место, в котором созданы опти­
мальные условия для горения (a, t° и др.). Летучие играют роль зачинателей процесса горения.

Тепла, выделяющегося при горении кокса, вполне достаточно для всех подготовительных процессов.

Шлак, находящийся в нижней части слоя, встречает воздух, богатый ки­слородом. Это обеспечивает хорошее выгорание шлака.

Схема параллельных или спутных потоков (рис. 7.3) может быть осуще­ствлена как при верхнем (см. рисунок), так и при нижнем питании топливом. При верхней подаче топлива воздух также подается сверху. Продукты сгора­ния, как газообразные, так и твердые, отводятся под решетку. В этой схеме га­зовый поток прижимает частицы топлива к решетке, что дает возможность

Осуществить значительную форсировку слоя без опасения выноса частиц.

Недостаток - рост температуры слоя сверху вниз, необходимость приме­нения колосников, охлаждаемых водой, сильное их шлакование. В основном схе­ма применяется при сжигании древесных отходов.

Схема с нижним питанием и ниж­ним подводом воздуха применяется в ре­тортных топках (рис. 7.4) (тоже спутная схема). Для осуществления нижней подачи топлива требуются громоздкие сооруже­ния. Эта схема получила в основном рас­пространение в зарубежных конструкциях.

Расположение зон горения показано на рис. 7.3, 7.4. В этих схемах газы движутся из зон с меньшими температурами в зоны с более высокими темпе­ратурами, поэтому не способствуют прогреву свежих порций топлива. Подго­товка топлива (подсушка, пирогенетическое разложение) происходит в основ­ном за счет передачи тепла теплопроводностью и за счет контакта топлива с горящими коксовыми частицами.

По мере прогрева из топлива начинают выделяться летучие, которые уносятся потоком газов в коксовую зону. Смешавшись с воздухом, летучие воспламеняются и горят в межкусковых канальцах коксовой зоны. Их сгора­ние происходит по принципу ""беспламенного горения" газовой смеси в порис­той насадке. При этом горение очень интенсифицируется. Горение газовоз­душной смеси в коксовой зоне вызывает концентрацию высоких температур в этой зоне, приводит к накалу коксовой частицы. Стабилизация процесса имеет место именно в этой зоне.

Характерным примером схемы поперечных потоков является топка с цепной решеткой (рис. 7.5). Топливо поступает на решетку из кормушки и движется с решеткой горизонтально. Воздух подается под решетку, пронизы­
вает слой снизу вверх. Очаговые остатки сбрасываются с решетки в ее конце, при повороте колосников. Расположение зон горения показано на рисунке.

1 - свежее топливо; 2 - зона подготовки топлива;

За - окислительная зона горения кокса; Зо - восстановительная зона горения кокса;

4 - зона выжига шлака

При поперечной схеме питания воспламенение топлива в основном про­исходит за счет лучистого теплообмена слоя с факелом и в незначительной степени - за счет контактирования с горящими коксовыми частицами. Процесс воспламенения, таким образом, должен начинаться на самой поверхности слоя и в первый период лишен надежного стабилизатора в виде достаточно разви­той коксовой зоны. Фронт воспламенения, углубляясь внутрь слоя, вынужден распространяться навстречу газовоздушному потоку, что делает такую схему зажигания чувствительной к режимным условиям и к свойствам сжигаемого топлива. В той части решетки, где уже успел развиться достаточно толстый слой кокса, горение протекает вполне устойчиво.

Ввиду перечисленных выше недостатков, связанных со стабилизацией процесса горения, приходится принимать дополнительные меры по усилению верхнего зажигания.

По схеме поперечных потоков работают также топки с шурующей план­кой и топки с круто наклоненными колосниками.

Смешанные схемы (рис. 7.6) также нередко применяются в топочной практике. Примерами таких схем могут служить топки, снабженные механиче­скими ступенчатыми колосниками, совершающими возвратно-поступательные движения. Это топки с наклонно-переталкивающими, обратно - переталкивающими и каскадными решетками. На схеме представлена топка с наклонно-переталкивающей решеткой.

Топливо вначале движется вниз по решетке. За это время оно успевает вначале прогреться, просохнуть и выделить летучие. Образовавшийся кокс за­тем частично попадает под слой и совершает обратное движение. Воздух в таких схемах подается под слой, а газы отводятся сверху. Шлак отводится вниз в конце решетки. В этих схемах обеспечивается хорошее воспламенение за счет попадания части кокса под слой свежего топлива. Здесь горящий кокс также играет роль надежного стабилизатора процесса горения.