Паровые котлы ТЭС

Горелочные устройства и их размещение

Необходимая интенсивность горения и пол­нота выгорания пылевидного топлива в топоч­ном объеме достигаются правильной органи­зацией подачи и последующим смешением топлива (аэропыли) с вторичным воздухом, что обеспечивается горелочными устройствами, называемыми в дальнейшем горелками. В го­релках не происходит воспламенения топлива. Их задача состоит в том, чтобы подготовить два самостоятельных потока—пылевоздушную - смесь и вторичный воздух — к воспламенению топлива и активному горению в топке. Для этого необходимо обеспечить подсос топочных газов в свежую струю аэропыли для ее про­грева и своевременное смешение воспламенив­шегося топлива с остальной частью вторично­го воздуха. С этой целью потоки горячего воз­духа и аэропыли вводят в топочный объем с различными скоростями и с разной степенью крутки.

Различают два основных типа горелок:. вихревые и прямоточные. Через вихревые го­релки пылевоздушная смесь и вторичный воз^ дух подаются в виде закрученных струй, обра­зующих в топочном объеме конусообразно рас­ходящийся факел (см. рис. 4.10). Такие горелки выполняются круглыми в сечении. Прямоточные горелки подают в топку чаще всего параллельные струи аэропыли и вторич­ного воздуха. Перемешивание струй опреде­ляется главным образом взаимным располо*- жением горелок на стенах топки и созданием необходимой аэродинамики струй в объеме топки. Эти горелки могут быть круглого или прямоугольного сечения.

Вихревые горелки. Вихревые горелки вы­полняют следующих видов: двухулиточные с закручиванием аэропыли и вторичного воз­духа в улиточном аппарате (рис. 7.4,а); пря - моточно-улиточные, в которых аэропыль пода­ется по прямоточному каналу и раздается в стороны рассекателем, а вторичный воздух закручивается в улиточном аппарате (рис. 7.4,6); улиточно-лопаточные с улиточ­ным закручиванием потока аэропыли и акси­альным лопаточным закручивателем вторично­го воздуха (рис. 7.4,в); лопаточные, в которых закручивание потоков вторичного воздуха и аэропыли обеспечивается аксиальным и тан­генциальным лопаточными аппаратами.

Горелки этого типа имеют производительность от - 1 до 3,8 кг условного топлвва/с, что определяет us

Тепловую мощность от 25 до 100 МВт. Наиболее рас­пространены двухулиточные и улиточно-лопаточные го­релки, последние бывают большой тепловой мощности (75—100 МВт). Основным показателем аэродинамиче­ской характеристики горелки с закручивающим аппара­том является параметр крутки п (см. § 4.4). Его зна­чения для промышленных горелок находятся в преде­лах 1,5—5, большие значения (п— З-г-5) относятся к за­кручиванию потока вторичного воздуха.

С увеличением степени крутки потока увеличивает­ся угол раскрытия струи и расширяются ее границы, увеличиваются размеры зоны рециркуляции газов к устью факела, что обеспечивает более быстрый погрев и воспламенение топлива. Горелки с повышен­ным значением параметра п используют при сжигании малореакционных, трудно воспламеняющихся топлив (с относительно низким выходом летучих веществ). Лопаточный завихривающий аппарат может быть вы­полнен поворотным, что позволяет производить опти­мальную настройку аэродинамики горелки.

Из применяемых конструкций завихрителей мень­шее сопротивление при одинаковой степени крутки имеет аксиальный аппарат с профилированными лопат­ками, поэтому он широко применяется на новых мощ­ных горелках для закручивания вторичного воздуха и потока аэропыли. Горелки с рассекателем (по типу рис. 7.4,6) не обладают высокой турбулентностью и большим углом раскрытия потока аэропыли и приме­няются в ряде случаев для топлива с большим выходом летучих веществ, однако работа рассекателя в условиях интенсивного радиационного теплового излучения из ядра факела не надежна.

На полноту сгорания топлива сильное влияние ока­зывает соотношение аксиальных скоростей первичного и вторичного потоков воздуха в горелке. Скорость пер­вичного потока (аэропыли) обычно составляет W= = 16-s-25 м/с. Более высокие скорости характерны для мощных горелок. Оптимальная скорость вторичного воздуха составляет а)2=(1,3ч-1,4)ші.

Вихревые горелки универсальны и приме­нимы для любого твердого топлива, но наи­большее распространение они получили при сжигании топлив с малым выходом летучих. Горелки повышенной тепловой мощности вы­полняют с двумя регулируемыми коаксиаль­ными каналами по вторичному воздуху (см. рис. 7.4,в), что обеспечивает сохранение необ­ходимых скоростей воздуха при работе на по­ниженных нагрузках. При нагрузке менее 70% номинальной периферийный канал возду­ха перекрывают и тем сохраняют высокие скорости.

Прямоточные горелки. Ввиду более низкой турбулизации потока прямоточные горелки создают дальнобойные струи с малым углом расширения и с вялым перемешиванием пер­вичного и вторичного потоков. Поэтому успеш­ное сжигание топлива достигается взаимодей­ствием струй разных горелок в объеме топоч­ной камеры. Они могут быть установлены- неподвижно или выполнены как поворотные, что облегчает наладку топочного режима (рис. 7.5,о). Горелки прямоугольного типа,, особенно вытянутые по высоте, характеризу­ются высокой эжекцией окружающей газовой среды с боковых сторон струи. Поэтому такие горелки при внешней подаче аэропыли (рис. 7.5,6) имеют преимущества по условиям воспламенения перед горелками с внутренней подачей пыли. Прямоточные горелки выпол­няют, как правило, относительно небольшой производительности, поэтому в мощных паро­вых котлах их набирают в блоки (рис. 7.6). Прямоточные горелки применяют в основном для сжигания высокореакционных топлив: бу­рых углей, торфа, сланцев и каменных углей с высоким выходом летучих. Скорость пыле­воздушной смеси на выходе из горелок при­
нимают: йУі=20-ь28 м/с, а оптимальную ско­рость вторичного воздуха ш2— (1,5-^-1,7) Ш!.

Комбинированные горелки. Во многих слу­чаях на электростанции возникает необходи­мость попеременно или одновременно сжигать разные виды топлива, для чего горелки вы­полняют комбинированными с обеспечением экономичного сжигания каждого из видов топ­лива. На рис. 7.7 в качестве иллюстрации изо­бражена горелка мощного парового котла на

Рис. 7.7. Схема горелки для сжигания трех видов топ­лива.

Обозначения те же, что и на ркс. 7.4; кроме того: 13 — кольце­вой короб природного газа; 14 — трубки ввода природного га­за в горелку, расположенные вокруг канала первичного возду­ха 3; 15 —■ выход природного газа в топку; 16 — газовый элек - трозапальиик.

Три вида топлива: твердое (основное), мазут и природный газ. Такая горелка отличается повышенным диаметром центрального канала, где размещена основная мазутная форсунка с регистром для закручивания осевого потока воздуха. Природный газ через раздающие трубки тонкими струями поступает между за­вихренными осевым и вторичным потоками воздуха, чем обеспечивается его хорошее пе­ремешивание и последующее сгорание.

Расположение горелок. Горелки на стеках топоч­ной камеры располагают таким образом, чтобы обеспе­чить наибольшую полноту сгорания топлива в ядре факела, создать благоприятные условия для удаления. шлаков из топки в заданном твердом или жидком виде и исключить возможность шлакования стен топочной камеры. При выборе типа и расчете оптимального раз­мещения горелок учитывают особенности их рабочих характеристик. Так, вихревые горелки создают более короткий факел по длине н широкий угол его рас­крытия по сравнению с прямоточными. Интенсивное перемешивание первичного и вторичного потоков возду­ха происходит за счет энергии вихревого движения, что обеспечивает глубокое выгорание топлива в ядре фа­кела (до 90—95%).

Определяющим конструктивным параметром вихре­вых горелок является диаметр амбразуры Z>a. Горелки размещают на достаточном расстоянии друг от друга (2,2-т-3)£>а и от боковых стен (1,6-г-2)£>а, чтобы ис­ключить раннее взаимодействие факелов и наброс фа­кела на стены [73].

На рис. 7.8 показаны наиболее характерные схемы расположения вихревых пылеугольных горелок. Схемы с фронтальными и двухфронтальными горелками (рис. 7.8,а, б) могут быть выполнены как в один, так и в два яруса по высоте. При однофроитальном рас­положении экран задней стены получает повышенное тепловосприятие (на 10—20% выше среднего) и для исключения шлакования стены при твердом шлако - удалении глубина топки должна быть не менее Ь= =(6-ь7)£>а. Встречное двухфронтальное расположение горелок характерно для мощных паровых котлов, когда необходимое число горелок невозможно разместить на одной фронтовой стене даже в два яруса.

Прл встречном расположении выравнивается тепло - напряжение экранов топки. Чаще всего топки с го-

© © ©

Рис. 7.8. Схемы расположения вихревых пылеугольных горелок на стенах топочной камеры.

•а — фронтальное; б— двухфронтальиое (встречное); в — встреч­ное с боковых стен топкн.

Релками по этой схеме работают с жидким шлакоуда - леиием, так как здесь за счет движения факела после ■Соударения как вверх, так и вниз повышается уровень температур у пода топки. Правильное взаимодействие встречных факелов достигается при ширине топочной камеры fr=(5-s-6)Da. В котлах относительно небольшой мощности размещают горелки встречно с боковых стен

Рис. 7.9. Схемы расположения прямоточных пылеуголь­ных горелок иа стенах топочной камеры. а — встречно-смещенное; б — угловое с блочным соударением струй (блочное расположение); a — угловое с тангенциальным направлением струй (тангенциальное расположение).

В один ярус (рис. 7.8,в). Тогда размер глубины топки определяется только их расположением. При этой схеме имеет место повышенная температура газов в средней части топки по ее ширине.

На рис. 7.9 показаны характерные схемы разме­щения прямоточных горелок. Горелки этого типа обес­печивают полное сжигание топлива только за счет тур-
булизацин факелов отдельных горелок при их соударе­нии в объеме топочной камеры. Все представленные схемы нашли широкое применение при сжигании тор­фа, бурых и молодых каменных углей.

Сжигание торфа и бурых углей по схеме встречно - смещенных струй, разработанной и внедренной МЭИ, отличается высокой эффективностью за счет повышен­ной турбулизации факела в зоне основного горения. Это достигается созданием большого градиента скоро­стей между соседними струями, имеющими противопо­ложные направления движения.

Схема с угловыми горелками и тангенциальным направлением горелочных струй к условной окружно­сти в центре топки диаметром 1—2,5 м (рис. 7.9,е) на­шла широкое применение на многих типах паровых кот­лов, в том числе большой мощности (рис. 7.10). Ее преимущества заключаются в равномерности тепловых потоков по всем стенам топки, малой вероятности шла­кования стен, так как вдоль них движутся уже ча­стично остывшие газы. При организации жидкого шла­коудаления достигается выпадение капель жидкого шлака на стенах предтопка и увеличение доли шлако - улавливания.

Схему с блочным соударением струй смежных горе­лок (рис. 7.9,6) применяют при сжигании каменных углей. Этим достигается высокая турбулизация ядра факела. Недостатком этой схемы является возможность шлакования фронтовой и задней стен топки при движе­нии факела из центра топки (зоны относительно повы­шенного давления) в обе стороны к стенам.

Схемы с тангенциальной компоновкой можно осу­ществить в топке, форма которой близка к квадратной, т. е. отношение размеров стен Это обуслов­

Ливает хорошую аэродинамику топочного объема. В то­почных камерах с более развитой шириной фронта применимы другие схемы размещения горелок.