Расчет котлов и котельных установок
КАМЕРНЫЕ ПЫЛЕУГОЛЬНЫЕ ТОПКИ
Технологические способы организации сжигания характеризуются определенным вводом топлива и воздуха в топку.
В большинстве систем пылеприготовления транспортирование топлива в топку осуществляется первичным воздухом, являющимся только частью общего количества воздуха, необходимого для процесса горения. Подача вторичного воздуха в топку и организация взаимодействия его с первичным осуществляются в горелке.
Горелки предназначены для ввода в топку и перемешивания топлива и воздуха, обеспечения устойчивого воспламенения и выгорания смеси. Они должны отвечать следующим требованиям: герметичности соединения с топкой; ремонтопригодности;
Обеспечивать устойчивое горение на сниженной нагрузке и при использовании резервного топлива (газа или мазута).
В зависимости от принципа организации процесса ввода пыле - воздушной смеси пылеугольные горелки можно разделить на три типа: вихревые, прямоточные и плоскофакельные.
Принцип работы вихревой горелки (рис. 28) следующий. Потоки первичного / и вторичного II воздуха вводят в топку через кольцевые концентрические каналы, в которых установлены за - вихрители. Направление крутки потоков одинаковое. Характерной особенностью такого течения является сопоставимость по величине всех трех составляющих скорости: аксиальной (продольной) оуа, касательной, wx (окружной) и радиальной wr. Наличие касательной составляющей скорости приводит к заметному расширению струи, образующей в пространстве параболическое тело вращения. В центральной внутренней ча - . сти 1 струи образуется зона разрежения, величина которой определяется втулочным отношением т = D0/Da и скоростью потоков на выходе из горелок. Под действием перепада давле - Рис_ 28. Схема стабил„3ац„„ процесса нии возникают обратные токи горения в прямоточной вихревой го - высокотемпературных продук - релке
S а 7 6 A) |
Ji a iy / If |
S) |
A. |
Рис. 29. Вихревые горелки: |
■ I |
Тов сгорания (см. изменение скорости ша), обеспечивающие стабилизацию воспламенения пылевоздушной смеси. При движении первичный / и вторичный II воздух перемешиваются, и процесс горения распространяется на внешнюю поверхность 2 струи.
В зависимости от конструкции завихрителей различают горелки улиточно-лопаточные, улиточно-улиточные, лопаточно - лопаточные, прямоточно-улиточные и прямоточно-лопаточные. В названии сначала указывают тип завихрителя по первичному воздуху.
В вихревой горелке подводы первичного I и вторичного II воздуха индивидуальные (рис. 29). Соединения / и 2 с пылепроводами и воздухоподводящими коробами фланцевые. Подвод вторичного II воздуха может быть как верхним, так и нижним, а подвод первичного / воздуха — только верхним, что объясняется необходимостью предупреждения отложений пыли в пылепроводе. Каналы 3 первичного и 4 вторичного воздуха кольцевые концентрические. Центральный канал 5 диаметром D0 служит для ввода мазутной форсунки 6, а также для обеспечения заданного втулочного отношения т = D0/Da. Подача воздуха осуществляется только при работе форсунки.
Завихрители первичного воздуха могут быть улиточными 9 (рис. 29, а), аксиально лопаточными 10 (рис. 29, б). Прямоточное движение пылевоздушной смеси допускается для каменных и бурых углей с выходом летучих V 30 %. В этом случае в выходной части горелки предусматривается диффузорный участок 11 с углом раскрытия 15—20
4. Схемы заверителей и формулы для расчета параметра п крутки
Схема |
Параметр крутки п
У~2 (Щ + ЩУ
TgP |
VDl-D
Вид А |
Щ |
При числе лопаток z^^ 16
П V ГЦ — Р
X
2 Ьпг„
Sin Рл
Закрутка вторичного воздуха осуществляется улиточными или лопаточными завихрителями тангенциального или аксиального 10 типа. Каждая горелка соединена элементом 7 с топкой.
Для улучшения регулировочных характеристик горелок единичной мощностью Qr ^ 50 МВт используют двойные каналы по вторичному воздуху. Кроме того, тангенциальный или осевой завихритель выполняют с изменяющимся положением лопаток. В системах пылеприготовления с прямым вдуванием при тепловой мощности горелок Qr = 40 50 МВт рекомендуется применять сдвоенные горелки по первичному и вторичному воздуху(рис. 29, б). Подвод первичного воздуха осуществляют от различных мельниц. Благодаря этому останов мельницы практически не влияет на число работающих горелок.
Раскрытие факела, количество эжектируемых газов, распределение скоростей, дальнобойность в вихревой горелке опреде-
Ляются интенсивностью закручивания потоков, которая оценивается параметром п крутки, зависящим от конструкции завихри - теля (табл. 4).
Для струи, выходящей из горелки и состоящей из нескольких кольцевых струй, результирующий параметр крутки горелки
І [w'^ А ра)
_ 1=1 _____________________________
Г = ------------ р---------------- »
SrPB £ М*,) 1=1
Где р — число соосных кольцевых струй; tit — параметр крутки отдельной струи (см. табл. 4); рг — плотность потока /-й струи, кг/м3; Wi — скорость на выходе из канала /-й струи, м/с; Dt рв — диаметр круга, площадь которого равна выходному сечению Ft
Кольцевого канала і-й струи, м; Dr рв -- у D — D — диаметр круга, площадь которого равна выходному сечению горелки, м.
Значения рекомендуемых скоростей по первичному и вторичному воздуху в зависимости от типа завихрителей и единичной тепловой мощности Qr горелки приведены в табл. 5.
Параметры крутки потоков по первичному и вторичному воздуху для различных видов топлива и способов его сжигания приведены в табл. 6.
Для котлов паропроизводительностью D < 640 т/ч по вторичному воздуху используют как улиточные, так и лопаточные за - вихрители, а для D ^ 640 т/ч — лопаточные. При пі ^ 3 рекомендуются улиточные завихрители. Для ПісЗ допускается применение осевых аппаратов. Для котлов с D < 120 т/ч возможна установка прямоточно-улиточных горелок с рассекателем. Через вихревые горелки целесообразна подача всех видов топлива кроме фрезерного торфа. К недостаткам этих горелок следует отнести: повышенное гидравлическое сопротивление, конструктивную сложность, необходимость выполнения выходной части из жаростойких материалов во избежание ее выгорания, повышенную склонность к сепарации топлива, несколько больший (по сравнению с горелками других конструкций) выброс окислов азота в атмосферу.
В прямоточных горелках в отличие от вихревых потоки первичного I и вторичного II воздуха не закручиваются и имеют однонаправленное (спутное) движение (рис. 30). III Касательная составляющая скорости отсутст-
D or» с і вует, а радиальная намного меньше продольной РИС. ijv. LX6M3 pa[1]- _ u >
Боты прямоточной составляющей. Стабилизация воспламенения
Горелки осуществляется благодаря эжекции продуктов
Сгорания 1 по периферии 2 струи. Нужная степень перемешивания воздуха достигается соответствующим соотношением скорое стей первичного I и вторичного 11 воздуха (см. табл. 5).
По характеру ввода первичного и вторичного воздуха различают горелки с центральным, периферийным, односторонним (рис. 31, а), чередующимся по ширине (рис. 31, б, в, г) или высоте (рис. 31, д) подводом окислителя II и пылевоздушной смеси I, а также частичного их перемешивания (рис. 31, е).
Рис. 31. Прямоточные горелки 3 Двойиншннков В. А. ■ др. |
Подводы к горелкам первичного / воздуха от пылепроводов 1 или 8 и вторичного II воздуха индивидуальные. Горелки соеди-
Няются фланцами 3—5 (рис. 31, а—5) с подводящими пыле - и воздухопроводами. Для равномерного распределения вторичного воздуха II по высоте применяют направляющий аппарат 6. Обычно отношение высоты гор. елки к ширине h/b0 = 2 6. При большей высоте горелки (h > 1,5 м) более целесообразным может быть подвод пылевоздушной смеси I по двум (и более) пылепроводам (рис. 31, а, в) с двухсторонним подводом воздуха II (рис. 31, в).
По условиям безотрывного течения, определяемым отсутствием вихрей на диффузорном (по вертикали) участке 2, угол раскрытия а < 9° (рис. 31, а, б). Деление пылевоздушного потока по каналам осуществляется с помощью пыледелителя 7 (рис. 31, б) или путем придания подводящему пылепроводу 1 соответствующей конфигурации (рис. 31, д), обеспечивающей - постоянство скорости потока, а следовательно, расхода по каналам, на участке 4-
Сопротивление прямоточных горелок меньше, чем вихревых, они проще в изготовлении, количество образующихся ОКСИДОВ' азота меньше.
' Область применения прямоточных горелок — каменные и бурые угли. Горелки предварительного перемешивания, имеющие камеру смешения 9, применяют в основном для торфа и бурых углей {Ул > 40 %) в сочетании с ММ и гравитационными сепараторами.
К недостаткам прямоточных горелок следует отнести более высокую дальнобойность и худшие условия перемешивания смеси по сравнению с вихревыми.
В плоскофакельных горелках (рис. 32) в результате соударения струй вторичного воздуха 2, ориентированных под углом друг к другу, происходит интенсификация перемешивания топлива и окислителя, увеличивается периметр струи, а следовательно, факела и уменьшается его дальнобойность. Стабилизация горения происходит так же как и в прямоточных горелках при эжектиро - вании горячих продуктов сгорания по поверхности струи. Отличительной конструктивной особенностью вариантов является 66 характер взаимного расположения каналов первичного 1 и вторичного 2 воздуха. В горелках конструкции НПО ЦКТИ (рис. 32, а, б) деформация потока происходит в основном в результате раздавливания струй первичного воздуха вторичным. В горелках конструкции МЭИ (рис. 32, в) вторичный воздух 2 как бы растягивает изнутри пылевоздушную смесь 1 по периферии. Углы наклона каналов первичного и вторичного воздуха для схемы рис. 32, а, б = 40 - у - 50°, р2 = 50 60°; для схемы рис. 32, в р2 = 20 — 50°. Большие значения р2 принимаются для малореакционных топлив. Место пересечения осей струй первичного воздуха в горелке должно обеспечиваться на расстоянии от устья хсл — = (2,2 ч - 2,8) Ьг.
Горелки МЭИ применимы для сжигания каменных и бурых углей, а горелки НПО ЦКТИ (кроме того) — для малореакционных (рис. 32, а) и высокореакционных (рис. 32, б) топлив.
Соотношение скоростей первичного и вторичного воздуха приведено в табл. 5.
Характеристиками камерных топок являются тепловая мощность Q, тепловые напряжения сечения qF, яруса горелок qFn, зоны активного горения qar и объема qv. Одна из основных характеристик топочных устройств — их тепловая мощность Q (МВт), т. е. количество теплоты, выделяемое в топке за единицу времени,
Q = BQI.
Где В — количество топлива, сжигаемого в единицу времени, кг/с.
Для интегральной оценки работоспособности топочных устройств и сравнения различных их конструкций между собой используют следующую характеристику теплового напряжения. Тепловое напряжение сечения топки, МВт/м2,
QF — Q/F т.
Величина qP характеризует среднюю плотность тепловыделения в сечении топки площадью FT, м2.
Тепловое напряжение яруса горелок, МВт/ма,
<7гя = Q/{z*Fт) = <?>/гя,
Где 2Я — число ярусов горелок.
Значения qF и qFa определяют уровень температур газов в области экранов топки.
При организации сжигания топлива в режиме твердого шлако - Удаления основной задачей является предотвращение шлакования экранов, т. е. налипания на них золовых частиц. Шлакование не только ухудшает условия теплообмена в топке, но и приводит к повышению температур у металла стенок труб экранов. Рост температуры металла стенок особенно нежелателен в топках с жидким шлакоудалением. ,
3* 67
7. Рекомендуемые максимальные допустимые тепловые напряжения топки с твердым шлакоудалением
Тепловое напряжение, МВт/м' |
Топливо |
Расположение горелок |
- ---- --------------------- Паропро- Изводитель - ность котла D, т/ч |
||
Фронтальное |
: . встречное |
Тангенциальное |
|||
Яр |
Многоярусная Шлакующие К и Б Нешлакующие (типа экибастузского) угли v Сланцы северо-западных месторождений Фрезерный торф АШ |
КОМПОНОІ 4 1,5 2,5 2 |
Іка горело 3,0 3,5 3,5—4 5,5 2 2,5 • |
К 2 2 |
До 1000 До 1650 Свыше 1650 Любая » » . » |
■Чг* ■ |
Шлакующие К и Б Нешлакующие (типа экибастузского) угли Сланцы северо-запад - ных месторождений |
1 1,5—2 0,8 |
1,3 2—2,75 1 і |
. 4 1,5—2 |
Любая » » |
Одноярусное расположение горелок |
1,5-2 2,5 ' |
Шлакующие К и Б Нешлакующие (типа экибастузского) угли
500 420 |
.2—2,5 3-3,5 І 2,5
* При паропроизводительности котла 320 т/С
8. Допускаемые значения теплового напряжения поверхности экранов в зоне активного горения qar, МВт/м8
Расположение горелок |
|||
Топливо |
Одпофрон-. тальное |
Встречное |
Тангенциальное |
Шлакующий Б (подмосковный, канско- Ачинский) К К, типа СС К, типа экибастузского |
0,6 0,7—0,8 1 ; 1 |
0,7—0,75 0,8—0,9 '1 Г, 1,15 |
0,7—0,75 0,8—0,9 1 1,15 |
Надежная работа топки помимо правильного выбора значений qF и qFn определяется тепловым напряжением зоны активного
Горения, МВт/м2,
' _____________ FiQg_________________
~ 2 (ат + Ьт) har + {l-t - г^'у-фср) aTbT—гГ/Г'
Где ат и Ьт — ширина и глубина топки, м; har = zHhH — высота зоны активного горения, м; при одноярусном расположении го - 68
Релок
Соответственно диаметр и высота амбразуры горелки; h„ — расстояние между 0,22 ярусами горелок, м; т|5ср—средний коэффициент тепловой эффективности экранов, рассматривается ниже; я|>' — коэффициент, характеризующий отдачу теплоты из зоны активного горения в верхнюю часть топки; при низкотемпературном сжигании топлив (бурые угли при прямом вдувании) г|?' = 0,1, ПРИ высокотемпературном г|)' = 0,2; zr — число горелок; /г — суммарная площадь амбразуры горелок, м2.
Рекомендуемые на основании опыта эксплуатации котлов значения qF и qFn при твердом шлакоудалении, в зависимости от вида топлива, способа компоновки
Горелок и паропроизводительности D котла представлены в табл. 7. Для открытых и полуоткрытых топок, сжигающих АШ, Т и СС сЖШУ^ — 5,2 - f - 6,4 МВт/м2. Допускаемые значения </аг в топках с ТШУ приведены в табл. 8. При ЖШУ ^аг==0,94-М МВт/м2. Объем топки VT, м3, принимается из условия обеспечения нужной степени выгорания топлива по qt и получения допускаемых температур газов в верхней части топки. Отношение тепловой мощности топки к объему VT называют тепловым напряжением объема ( (МВт/м3):
' Qv = Q/V, = BQPJV т. (27)
Допускаемые значения qv зависят от реакционной способности топлива (выхода летучих Vі"), способа шлакоудаления, конструктивных особенностей топки (для ЖШУ). Зависимости qv от Vr для различных топлив показаны на рис. 33. При малом выходе летучих для догорания коксового остатка требуется больше времени, поэтому высота топки и ее объем имеют большие значения. При ЖШУ температура в зоне горения, особенно в двухкамерных топках за счет уменьшения отвода теплоты, выше, горение протекает более интенсивно, что позволяет увеличить qv. Для торфа qv < 0,162 МВт/м3, для сланцев qv « 0,118 МВт/м3.
Har — 3Da или har = 3h; Da и h — qv, МВт/м |
Топки с твердым шлакоудалением отличаются наличием в них холодной воронки, образованной нижней частью фронтового и заднего экранов, расположенных под углом 52° к горизонту. В холодной воронке происходит охлаждение и грануляция шлака. Твердые частицы по скатам ссыпаются в шлакоприемное устройство. Количество шлака, улавливаемого в топке, составляет 0,05—0,1 общего количества золы топлива. Эффективность работы топок с ТШУ во многом определяется аэродинамикой процесса. Необходимо создать такие условия, при которых температура газов вблизи экранов была бы несколько ниже температуры начала
Рис. 34. Компоновки горелок в топке и поля скоростей продуктов сгорания в плоскости расположения горелок
Размягчения золы, а факел не оказывал бы прямого динамического воздействия на экраны.
По способу размещения горелок 1 различают топки с фронтальной, встречной, встречно-смещенной и тангенциальной компоновкой (рис. 34).
Топки с фронтальной компоновкой (рис. 34, а) конструктивно наиболее просты. Горелки расположены на фронте котла в один или несколько ярусов, что хорошо сочетается с системой пылеприготовления прямого вдувания. Пылепроводы получаются короткими и практически одинаковой длины. Воздухопроводы и горелки более доступны для обслуживания и ремонта.
Стабилизация процесса горения в случае использования прямоточных горелок осуществляется благодаря подсосу (эжекции) газов из нижнего вихря, а для вихревых горелок выравниванием поля скоростей (рис. 34, а).
К недостаткам такой компоновки можно отнести: наличие динамического удара потока в задний экран, что может привести к шлакованию;
Малую степень заполнения топки восходящими потоками, а следовательно, меньшее время пребывания частиц топлива в топке (подъемный ток газов сосредоточен в основном у задней стены);
Интенсивное охлаждение газов в холодной воронке, влияющее на температуру газов нижнего вихря и стабилизацию горения; 70
Неравномерность обогрева экранов факелом (ядро температур смещено к задней стенке).
В связи с этим ограничивается область применения топок с фронтальной компоновкой горелок нешлакующим топливом в сочетании с горелками вихревого типа или предварительного перемешивания (для углей с большим выходом летучих и умеренными значениями температуры ix начала деформации золы); максимальная производительность котла D С 420 т/ч.
Встречная компоновка (рис. 34, б) рекомендуется для вихревых, плоскофакельных и прямоточных горелок, располагаемых в несколько ярусов.
Аэродинамика течения в топке при прямоточных горелках существенно зависит от неравномерности распределения топлива и воздуха по горелкам. Различие в расходах приводит к смещению восходящего потока в сторону горелок с меньшими расходами с последующим ударом о стену. Несоосность установки горелок может нарушить симметричность течения в горизонтальной плоскости. У вихревых и плоскофакельных горелок вследствие меньшей дальнобойности и большей площади рассеяния потока аэродинамика движения более стабильна. Степень заполнения топки восходящими потоками при встречной компоновке выше, чем при фронтальной.
Встречная компоновка применяется для топок, сжигающих АШ, тощие, каменные и бурые угли в котлах паропроизводительностью D ^г 320 т/ч. К недостаткам следует отнести более сложную трассировку пыле - и воздухопроводов.
Встречно-смещенная компоновка прямоточных горелок (ВСС) показана на рис. 34, е, г. Основная идея заключается в повышении аэродинамической устойчивости системы и повышении интенсивности перемешивания, интенсификации процесса горения. Достигается это смещением горелок противоположных стен топки на величину полушага 0,5S0 в горизонтальной плоскости. В зависимости от величины (So — bT)/br может быть реализован режим частичного или полного проникновения струй. Восходящие потоки при режиме частичного проникновения струй не контактируют со стенами топки, что снижает вероятность шлакования. Степень заполнения топки восходящими потоками выше, чем при встречной компоновке. Наличие встречного движения способствует интенсификации тепло - и массообмена.
К недостаткам такой компоновки следует отнести чувствительность топочного режима к отключению горелок по топливу, что ограничивает оптимальную область применения схемами пылеприготовления с промежуточными бункерами. Число ярусов горелок гя < 2. Максимальная производительность котла с топкой такой компоновки D » 1000 т/ч, применяется для бурых и каменных углей. Наиболее эффективно такое расположение горелок в случае периферийной подачи пылевоздушной смеси. Вихревые горелки так не компонуют.
Рис. 35. Схема топки с встречно-смещениым расположением горелок
На рис. 35 представлена топка с ВСС котла паропроизводи - тельностью D — 320 т/ч. Горелки 1 прямоточные, с периферийной подачей пыли, одноярусные, располагаются на задней и фронтальной стенках топки. Подвод пылевоздушной смеси к горелкам осуществляется по пылепроводам 4, имеющим перед горелкой переходный участок 3, а вторичного воздуха — по индивидуальным коробам 5, идущим от короба 6 вторичного воздуха. Каждый подводящий воздухопровод снабжен регулирующим шибером 2. Для компенсации тепловых расширений воздуховода и короба вторичного воздуха предусмотрены линзовые компенсаторы 8, 10. Короба и пылепроводы крепят с помощью опор 7 и подвесок 9. В области амбразур горелок экраны топки имеют разводку труб.
Тангенциальная компоновка (см. рис. 34, (?) организует движение струй пылевоздушной смеси, вытекающих из амбразур горелок, по касательной к условной окружности диаметром dy. Благодаря такой аэродинамике достигается хорошее заполнение факелом топки и исключается прямой удар потока в экраны. При одном вихре dy — (0,08 - г - 0,12) ат, а в случае образования двух вихрей dy = (0,04 - г - 0,06) ат. Один вихрь могут создавать горелки, находящиеся по всему периметру. Число ярусов горелок 2Я = 1 ~ 4. Направление крутки потоков в ярусах одинаковое. Горелки отдельных ярусов располагают одну над другой, создавая блок. В схемах с прямым вдуванием топлива число горелок должно быть кратным числу мельниц.
Данную компоновку применяют в топках, сжигающих топлива практически всех видов. Плоскофакельные горелки рекомендуется применять на котлах паропроизводительностью D < 420 т/ч. Основной их недостаток —нарушение аэродинамики топки при отключении горелок.
Преимуществами топок с ТЩУ являются простота конструкции, обеспечивающая меньшие затраты на изготовление и ремонт, возможность комплектации ее более простыми схемами пылеприготовления, малая чувствительность к качеству топлива, широкий диапазон изменения нагрузок котла. К недостаткам следует отнести невозможность обеспечения нужной экономичности сжигания топлив с пониженной реакционной способностью (Уг < 20%). Более высокая концентрация золы по тракту котла приводит к увеличению абразивного изнашивания поверхностей и лопаток дымососа, гидравлического сопротивления газового тракта, количества выбросов частиц золы в атмосферу. Кроме того, возникает необходимость в золоотвалах (площадях для размещения уловленной золы), снижаются допускаемые теплонапряжения, а следовательно, возрастают размеры топки.
Топки с жидким шлакоудалением (рис. 36) работают в том случае, если температура минеральной части превышает температуру Ткт нормального жидкого состояния. Для получения таких условий температура факела Тф > Тнж. Повысить температуру факела можно, уменьшив теплоотвод от продуктов сгорания.
Достигается это покрытием ошипованных труб огнеупорным материалом. Из таких экранов делают стены топки в пределах активной зоны горения. Для создания повышенных температур в ряде топок зону горения выделяют в виде отдельной камеры. Нижнюю часть топки располагают под небольшим углом (15°) к горизонту.
Наибольшее распространение среди топок с жидким шлакоудалением получили топки открытого (рис. 36, а) и двухкамерного типа (рис. 36, б—е) со встречной компоновкой вихревых, плоскофакельных горелок или с тангенциальной компоновкой прямоточных горелок при односторонней подаче окислителя.
Рис. 36. Схемы топок с ЖШУ: А — открытая; б — полуоткрытая со встречным расположением горелок; « — то же С v-образным факелом; г — двухкамерная вихревая НПО ЦКТИ; л — двухкамерная с, тангенциальной компоновкой горелок; е — двухкамерная МЭИ с пересекающимися струями; ж, э — с горизонтальным и вертикальным циклонами; 1 и 5 — горелки; 2 — топка; 3 — газоход; 4 — стенка; 6 — подвод воздуха; 7 — выходное окно циклона; 8 — циклон |
Тепловые характеристики топок приведены на рис. 33. В топках открытого типа доля золы в шлаке ашл = 0,1 0,15 в полуоткрытых с у-образным факелом и двухкамерных вихревых ашл = = 0,2 0,4, в двухкамерных (рис. 36, д, ё) аШЛ = 0,15 ч - 0,2.
Топки с горизонтальными (см. рис. 36, ж) и вертикальными циклонами (рис. 36, з) допускают возможность сжигания пыли угрубленного помола, отличаются высокой степенью форсировки горения в циклонах (qF = 0,76 1,29 МВт/м2, qv = 11,7 - ь 18,7 МВт/м3), большой величиной ашп = 0,5 - г - 0,8. Однако конструктивно они сложны и требуют больших затрат на изготовление и ремонт.
Топки НПО ЦКТИ и МЭИ по простоте конструкции уступают топкам открытого типа. Они дают наименьшее количество выбросов оксидов азота; коэффициент шлакоулавливания ашл < 0,3. В них устанавливают прямоточные горелки (в один ярус). Недостаток этих топок — ограниченная тепловая мощность горелок при одноярусном расположении.
Применение схемы с у-образным факелом (рис. 36, д) приводит к нарушению условий воспламенения в отдельных горелках из-за неустойчивости течения при взаимодействии встречных Струй между собой.
Используют топки с ЖШУ для топлив с малым выходом летучих (Ул < 20 %) или для сильно шлакующих топлив с низкими температурными характеристиками золы. Надежность условия обеспечения выхода жидкого шлака достигается при тем - 74 пературе факела Тф на выходе из активной зоны горения, при
Которой пленка жидкого шлака пода имеет динамическую вязкость |іпл «20-^-32 Па. с.
Основным преимуществом топок с ЖШУ является возможность экономичного сжигания малореакционных топлив типа АШ, Т и СС. Величина qA в топках с ЖШУ ввиду более высоких температур в зоне горения на 30 % ниже, чем в топках с ТШУ. Габариты топки при высоких значениях qv получаются меньше. Уплотнение нижней части топки исключает присосы в ней воздуха. Кроме того, у таких топок меньше абразивный износ поверхностей нагрева и расходы на золоулавливание. Получаемый шлак в виде гранул может быть использован в строительных конструкциях и при дорожных работах. Однако топки с ЖШУ отличаются большой конструктивной сложностью и повышенными затратами на изготовление; более энерго - и металлоемкими установками системы пылеприготовления с промежуточным бункером; потерями qe с теплотой жидкого шлака; большой чувствительностью к качеству топлива, небольшим диапазоном регулирования нагрузки котла (100—70 %); повышенным выбросом оксидов азота в атмосферу.
Расчет горелок включает в себя определение числа горелок и их размеров. Число гг горелок выбирают в зависимости от принятой схемы сжигания, типа горелки и способа их размещения в топке (табл. 9).
Размеры горелок зависят от их числа и рекомендуемых выходных скоростей ш»х и w2. Исходными данными для расчета являются характеристики топлива, его расход, способ сжигания. Объемы вторичного Уц и первичного Vi воздуха определяют из воздушного баланса топки.
Площади сечений F2 для прохода вторичного воздуха и первичного воздуха соответственно равны:
F - Уп (273 + tn)
Р ^ V(273 + t,) (9q.
Fl=z----------- 273^ ' ^
Где trB и tj — температура соответственно горячего и первичного воздуха, °С.
Связь между площадями и Fz и размерами каналов первичного и вторичного воздуха в горелках различной конструкции Дана в табл. 10. В вихрены горелках с двухканальными вводами пылевоздушной смеси и вторичного воздуха проходные площади соответствующих сдвоенных каналов выполняются равными между собой.
Для вихревых горелок в зависимости от вида топлива принимают втулочное отношение т = DJDа, а в зависимости от мощности горелки и системы пылеприготовления — число каналов для
|0. Связь между площадями Fj и F3 и геометрическими размерами каналов первичного и вторичного воздуха
Горелка |
Уравнения связи
Вихревая с одноканальним подводом первичного и вторичного
Воздуха
F,= |
То же, при двухкаиальном подводе вторичного воздуха
То же, для сдвоенной горелки
Прямоточная плоскофакельная
(рис. 32, а, б) То же (рис. 32, в)
Прямоточная горелка с односторонним подводом окислителя (рис. 31, а)
То же, с периферийным подводом пылевоздушной смеси То же, с чередующимися по высоте каналами первичного и вторичного воздуха (см. рис. 31, 6, в, г)
F, = 0,785 [^-(mDa)2]; F2 = 0,785[Dl - (4 + 6,f ] F,= 0.785 {d-(mDsf, 0,785[Dg — d f [(d2-62f-
-(di + Sj)2] 0,785 [(dj)2 — (d) +S/2) + d2r
0,785{Z>* -4 + (d2 ~ fi2)2 -
F1 =* l,57di; F2=l,57d|
Fj = 2hbi;.Ft - hb2 Fі — Afti", F2 = A6a
Fx = 2hbi, Fjj = Ab,
F,= |
= = Л*
Без учета толщин разделительных перегородок.
Ввода первичного и вторичного воздуха. По формулам, приведенным в табл. 10, определяют геометрические размеры каналов первичного и вторичного воздуха. Для прямоточных горелок проверяют выполнение условия по относительной величине горелки hlbP (табл. И).
Для всех компоновок горелок ширину топки ат по фронту и ее глубину Ьт определяют на основании рекомендаций табл. 11 с проверкой выполнения условия qF <3 Значения lqF
Берутся по табл. 7. При числе ярусов горелок г„ ~ 1 по уравнению (26) определяется величина qar и проверяется выполнение условия <7аг <5 [<7ар]> гДе допускаемая величина [<?аг] берется из табл. 8. "
При числе ярусов г„ >2 из уравнения (26) при условии 9аг = [даг 1 находят расстояние hH между ярусами горелок.
11. Характерные размеры компоновки горелок
|
СПособ компоновки
|
Яли гв == 2; для котлов D < 320 т/ч применимы плоскофакельные горелки; °>1) ат при ТШУ; .4) углы расхождения между осями горелок при расположе - бодее чем на 10°. ,
После проверки условия (?аг < [^аг] для одноярусной компот' новки и определения Ая для многоярусной компоновки по рекомендациям табл. 11 находят расстояние /ггб от образующей нижнего яруса горелок до пода или угла ската холодной воронки и составляют эскиз компоновки горелок в топке.