Расчет котлов и котельных установок

ГАЗОМАЗУТНЫЕ ТОПКИ

По тепловым характеристикам газ и мазут являются близкими топливами, что позволяет выполнять для них топки идентичной конструкции с комбинированными горелками.

Большинство газомазутных топок имеют традиционную приз­матическую форму со слабо наклонным подом (15—20°) и одно­стороннюю (рис. 37, а) или встречную (рис. 37, б) компоновку горелок. Известны топки циклонного типа (рис. 37, в) и с подо-1 вым расположением горелок (рис. 37, г). Как показывает опыт эксплуатации, применение сложной конструкции топок с цикло­нами не оправдывает себя. Как положительный фактор схемы рис. 37, г можно отметить небольшое значение локальных тепло­вых потоков на экраны, а в схемах рис. 36, б иг снижение образо­вания оксидов азота и серы за счет подавления генерации атомар­ного кислорода путем принудительного подвода к корню факела инертных продуктов сгорания.

Газомазутные горелки классифицируют по способу аэроди­намической организации процесса горения (вихревой, прямоточно - вихревой, прямоточный); количеству самостоятельных потоков воздуха; типу завихрителя; характеру ввода газа в поток воздуха (центральный, периферийный, комбинированный); подаче воздуха к горелке (от индивидуального или общего короба).

Вихревые горелки с центральным вводом газа II представ­лены на рис. 38, Тепловая мощность горелки для котлов ларо - производительностью D 100 т/ч с точностью до ± 15 %

Qr = 15п,

Горелки допускают как раздельное, так и совместное сжига­ние газа й мазута. Совместное сжигание имеет место при переходе работы котла с одного вида топлива на другой. Потери с химиче­ским и механическим недожогом не должны превышать соответ­ственно <?з = 0,1 % я = 0,2 % при избытке воздуха в топке ат = 1,03 для мазута и ат = 1,05 для газа. Удельная металло­емкость горелок рекомендуется до 50 кг/МВт, выбросы NOx до 600 мг/м3; средний ресурс работы между текущими капитальными ремонтами — 24 тыс. ч. Горелки должны иметь одинаковое гидрав­лическое сопротивление (отклонение ± 5 %) при коэффициенте сопротивления не более 4 и перепаде давлений не более 2,5 кПа. Все горелки имеют центральный канал, внутри которого нахо­дится выдвижная мазутная форсунка 3. Расход воздуха через него = 3 ч - 5 % общего расхода воздуха на горелку*

Внутренняя стенка канала является одновременно стенкой кольцевого канала 6 для подвода газа II. Скорость газа wr < < 60 м/с. В конце газоподводящего канала имеется конический насадок с системой круглых отверстий 9, выполняемых в два ряда.

Шаги и диаметры отверстий в рядах различны и выбираются из условия обеспечения нужной степени смешения газа и воз­духа.

Основное количество воздуха подается по двум каналам. В центральном канале устанавливают осевые 4 или тангенциаль­ные 5 лопаточные завихрители, а в периферийном — только тан­генциальные. Доля воздуха, подаваемого в периферийный канал, gi = (1 - т - 2) (g2 + g„), а скорость w1 = 35 55 м/с (g2 — доля воздуха от общего на горелку подаваемая по внутреннему каналу). В центральном канале w2 = (0,5 ч - 0,7) При вводе рецир­куляции газов через горелку скорость в канале рециркуляции Wp — w1.

Подвод воздуха к горелке 1 осуществляется от индивидуаль­ного (число горелок zr < 8) или общего (г, ^ 8) воздушного короба.

Толщина разделительных перегородок б = 0,005 м. Части горелок, на которые передается излучение из топки (выходные участки конической обечайки, газораздающие насадки), выпол­няют из жаростойкой стали.

Наиболее характерные геометрические размеры горелок, пока­занных на рис. 38, зависят от тепловой мощности Q (рис. 39). По заданной тепловой мощности Q определяют размеры горелок, например, как показано на рис. 39 при Q — 45 МВт.

Параметр крутки вихревой горелки выбирают из условия обеспечения подсоса к корню факела, необходимого для стабили­зации процесса количества топочных газов. Он может быть рас­считан по формуле

I/~ Г2 — 0,36 ^з

^=УУГ L-oTe—J '

Где z = 1 - f - 2, большие значения при одноярусном расположении го­релок.

Для внутреннего потока, закру­ченного лопаточным тангенциаль­ным завихрителем 5,

«2 = (1,25 1,5) пг.

При наличии в канале завихри - теля 4 параметр крутки рассчиты­вают по формулам табл. 4.

Для двухпоточной вихревой го­релки параметр крутки в перифе­рийном канале

Где Fx и fj — площадь сечения для прохода воздуха соответственно; в периферийном и внутреннем каналах, м2; gi/g2 соотношение расходов воздуха в этих каналах. > , .,.<"'

При расчете площади Fx температура принимается равно» температуре горячего воздуха. Величину F% находят по формуле

(28) , а ;;

H = §iV°Bp (273 + 4b)/(®i273),

Где V° — теоретически необходимое количество воздуха, м3/м3; Бр — расчетный часовой расход топлива, м3/с; trB — температура горячего воздуха. ; и-.оа

Задавшись величинами wt и ш2 с помощью уравнений (28) и

(29) , можно найти Dx и D%.

Газомазутные горелки комплектуют в основном паромехани - ческими форсунками (рис. 40). При большой нагрузке форсунка работает в механическом режиме. Давление, создаваемое в ка­нале 4 пропуска мазута, выбирают таким, чтобы мазут, пройдя завихритель 5 и рассекатель, дробился на мелкие капли. При сниженной нагрузке качество распыла ухудшается и приходится подавать пар. Поступая по системе отверстий в паровой зави­хритель, пар, взаимодействуя с мазутом, распыливает его до капель нужного размера. Расход пара на распыл достигает 10 % расхода мазута. Диапазон регулирования 20—100 %. Давление пара 0,2—0,6 МПа. Производительность по мазуту 0,53—2,78 кг/с.

Комбинированные горелки устанавливают при использовании газа в качестве резервного топлива. В этом случае чаще приме­няют внешнюю подачу газа через систему отверстий, располо­женных по периметру горелки. При работе на газе через каналы первичного и вторичного воздуха подается только горячий воз - Дух. Для растопки применяют паровые форсунки, принцип дей­ствия которых основан на эжектировании паром мазута с последую-

83

Щим его дроблением.' Производительность таких форсунок по мазуту 0,017—0,33 кг/с.

Параметры компоновки вихревых газомазутных горелок в топке приведены в табл. 12.

Число горелок, ярусов, размеры амбразуры должны быть увязаны с допускаемыми значениями qF, qFa, и qar.

Для барабанных котлов qF < 4 МВт/м2 и qFn С 2 МВт/м2, для котлов СКД qF < 9 МВт/м2 и qFa < 3 МВт/м2. Теплонапря - жение активной зоны горения принимается qar = 4,2 - г - 2,07 МВт/м2. Теплонапряжение топочного объема qv С « 0,33 МВт/м3. Большие значения qar принимаются для блока мощностью N = 1200 МВт, меньшие — для котлов паропроиз - водительностью D = 500 т/ч.

Топливный тракт газомазутных котлов представляет собой систему подготовки к сжиганию мазута и подвода газа из маги­стрального газопровода к котлу.

Схема подготовки мазута представлена на рис. 41. Подготовка мазута включает: удаление механических примесей в фильтрах
грубой 6 и тонкой 10 очистки, подогрев мазута в баке 5 и в подо­гревателе 8 для уменьшения вязкости и облегчения перекачки. Температура в баках в любое время года поддерживается равной 60—80 °С, а давление в магистрали 3,5 — 4,5 МПа. Мазут должен быть недогрет до температуры вспышки его паров. Для поддержа­ния постоянной температуры подогрева мазута независимо от потребления организуется непрерывная перекачка его по линии рециркуляции 9 в бак 5.

Газовое хозяйство включает газораспределительную станцию, где осуществляется дросселирование давления с 0,7—1,3 до 0,13—0,2 МПа. Газорегуляторный пункт (ГРП) ввиду повышенной взрывоопасности и сильного шума при работе вынесен в отдель­ное помещение за пределы главного здания станции. ГРП имеет основные и запасные газопроводы с задвижками, фильтрами, регуляторами давления газа, манометрами и продувочными уст­ройствами. Газопровод котла оснащен регуляторами автоматиче­ского расхода газа и быстродействующим импульсным отсекающим клапаном, предназначенным для экстренного прекращения подачи газа в случае возникновения аварийной ситуации. Давление газа перед горелками контролируется манометром. Подвод газа к го­релкам индивидуальный. Газопровод в пределах котла имеет про­дувочные линии с выводом за пределы здания. Ведется система­тический контроль проб воздуха на содержание СН4. Взрыво­опасной считается концентрация в воздухе метана 4—15%.