Паровые котлы ТЭС

Основные характеристики камерных топок

Назначение топочного устройства состоит в превращении химической энергии топлива в теплоту продуктов сгорания. Этот процесс обеспечивается сжиганием угольной пыли во взвешенном состоянии в объеме топочной ка­меры. За счет радиационного теплообмена с настенными поверхностями нагрева продук­ты сгорания должны частично охладиться на выходе из топки до температур, безопасных в отношении шлакования последующих плот­ных конвективных поверхностей.

Геометрически топочная камера характери­зуется линейными размерами: шириной фрон­та а, глубиной Ь и вы­сотой hT (рис. 7.1), рас­чет которых определя­ется количеством сжи­гаемого топлива, его тепловыми и физико- химическими характе­ристиками. Произведе­ние fT = ab, м2 — сече­ние топочной камеры, через которое с доста­точно большой ско­ростью (7—12 м/с) проходят раскаленные топочные газы. На уровне расположения горелок в сечении топ­ки выделяется огром­ное количество тепло­ты и резко растет тем­пература топочной среды.

Основной тепловой

Рис 7 1 Основные характеристикой то - размеры топочной ка - почных устройств па-

Меры. ровых котлов является

Тепловая мощность топки, кВт,

QT=JBQPH,

Характеризующая количество теплоты, выде­ляющейся в топке при сжигании расхода топ­лива В, кг/с, с теплотой сгорания QpH, кДж/кг. Если отнести все тепловыделение в зоне горения топлива к сечению топки, то получим важную расчетную характеристику — тепловое напряжение сечения топочной камеры

<7/=Qt//t -

Максимально допустимые значения qf нор­мируются в зависимости от вида сжигаемого топлива, расположения и типа горелок и со­ставляют от 3500 кВт/м2 для шлакующих каменных и бурых углей до 6400 кВт/м2. Уве­личение qf ведет к росту расхода газов и тем­ператур в сечении топки, увеличению тепло - восприятия экранных поверхностей.

При многоярусном расположении горелок важной характеристикой топки является теп­ловое напряжение сечения на один ярус го­релок

<7я/=<2яр//т

Где Qhp — тепловыделение всех горелок одного яруса, кВт.

Для разных видов топлива qHf составляет 1200—2300 кВт/м2. Увеличение значений qf и qaf выше предельных ведет к усиленному шла­кованию экранов, прежде всего в зоне распо­ложения горелок, и к опасному росту темпе­ратуры металла труб. Расчетные значения q$f принимают несколько ниже максимально до­пустимых. Зная тепловую мощность топочной камеры (7.1), определяют необходимое сече­ние топочной камеры

FT=QT/qPf.

І луиина топочной камеры й—o-hlи, й м определяется размещением горелок (см. § 7.2) на стенах топочной камеры и обеспечением свободного развития факела в сечении топки так, чтобы высокотемпературные языки факе­ла не касались охлаждающих настенных экра­нов. Глубина топки возрастает до 8—10,5 м при использовании более мощных горелок с увеличенным диаметром амбразуры и при их расположении в несколько (два-три) яру­сов на стенах топки.

Ширина фронта топки а=9,5-^-31 м и зави­сит от вида сжигаемого топлива, тепловой мощности (паропроизводительности) котла и может быть получена из ранее принятых зна­чений fT и 6. С увеличением мощности паро­вого котла размер а растет, но не пропорцио­нально росту мощности, характеризуя таким образом увеличение тепловых напряжений се­чения топки и скорости газов в ней. Ширину фронта можно определить по формуле

А = 0,67 J/Д (7.4)

Где D — паропроизводительность, т/ч.

Высота топочной камеры Ат=154-65 м должна обеспечить практически полное сгора­ние топлива по длине факела в пределах то­почной камеры и размещение на ее стенах по­верхности экранов, необходимых для охлаж­дения продуктов сгорания до заданной температуры. По условиям сгорания топлива необходимая высота топки может быть уста­новлена из выражения

Где wr — средняя скорость газов в сечении топ­ки, м/с; Тпреб — время пребывания единичного объема газа в топке, с.

При ЭТОМ необходимо, чтобы Тпреб^Тгор, где тгор — время полного сгорания наиболее крупных фракций топлива, с (см. § 4.2).

Характеристикой, определяющей условия тепловой работы топочного объема, является »допустимое тепловое напряжение, кВт/м3, или энерговыделение

Qy=:QT/VT=BQPB/VT, (7.6)

Где Vt — объем топочной камеры, м3.

Значения допустимых тепловых напряже­ний топочного объема также нормируются. Они изменяются от 120 кВт/м3 при сжигании углей с твердым шлакоудалением до 210 кВт/м3 при жидком шлакоудалении. Зна­чение qv определяет среднее время пребыва­ния газов в топочной камере. С увеличением теплового напряжения qv время пребывания газов в топочной камере уменьшается (рис. 7.2). Условию Тпреб=Тгор соответствует

Максимально допустимое значение qv, и со­гласно (7.6) при этом получается минимально допустимый объем топочной камеры К^™1.

Как указано выше, экранные поверхности топочной камеры должны обеспечить охлаж­дение продуктов сгорания до заданной темпе­ратуры на выходе из топки что достига­ется выбором необходимых размеров стен и, следовательно, объема топочной камеры.

Поэтому нужно сопоставить минимальный объем топки из условия сгорания топлива

ИГобъем топки из условия охлаждения газов V0™ до заданной температуры &"т. Как прави­ло, для всех твердых топлив > V^1™, по­этому высота топочной камеры определяется условиями охлаждения газов до заданной тем­пературы Во многих случаях необходимая высота топки существенно превосходит ее ми­нимальное значение, найденное по объему

V^"™ (особенно при сжигании углей с повы­шенным внешним балластом), что ведет к утяжелению и удорожанию котла. В то же время с ростом производительности парового котла увеличение объема топки происходит относительно быстрее, чем площади огражда­ющих стен. Следовательно, снижается удель­ная поверхность охлаждения, приходящаяся на 1 м3 объема топки, а это определяет повы­шение температуры Г'т с ростом производи­тельности котла.

Увеличения поверхностей охлаждения без измене­ния геометрических размеров топки можно достигнуть применением двусветных экранов (рис. 7.3), т. е. до­полнительных экранных поверхностей нагрева, разме­щенных непосредственно в объеме топочной камеры и делящих ее на две-три секции. В топочных камерах мощных паровых котлов прн сильно развитой ширине фронта топки применение такого экрана делает сече­ние каждой секции в плане близким к квадрату, что значительно лучше для организации сжигания топлива и получения более равномерного поля температур га­зов л тепловых напряжений экранов. Такой экран в от­личие от настенного воспринимает интенсивный тепло­вой поток с обеих сторон (отсюда и название — дву­светный) н отличается более высокими тепловыми на­пряжениями, что требует тщательного обеспечения охлаждения металла труб.

~Й—S"

Б)

Рис. 7.3. Схемы топочных камер с одним (а) н двумя (б) двусветными экранами. 1 — аастенныв экран; 2 — двусветный экран.

С помощью двусветного экрана можно заметно сни­зить высоту топки и ее объем, приблизив их к мини­мально допустимым значениям. Так, для котла энерго­блока 300 МВт при расчетной температуре Ф"т= =1150°С и сжигании антрацита сравнение топочных камер без двусветного экрана и с одним двусветным экраном приведено в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Влияние двусветного экрана на размеры топочной камеры

Исходя из оптимального соотношения ра­диационного и конвективного теплообмена в поверхностях котла, выгодно выдерживать температуру газов на выходе из топки около 1250°С. Однако для большинства твердых топлив этого невозможно достигнуть, посколь­ку температура газов перед конвективными поверхностями на выходе из топки не должна превышать температуры начала деформации золы t (см. § 2.4). Обычно при наличии раз­реженных поверхностей нагрева на выходе из топки в виде ширм температуру ^"т прини­мают в диапазоне 1100—1200°С, а для ряда топлив с повышенной склонностью к шлако­ванию снижают до 1000—1050°С.

В гл. 22 приведены конструктивные разме­ры и тепловые характеристики ряда топочных камер современных мощных паровых котлов.