ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

ВИХРЕВЫЕ ГОРЕЛКИ

Вихревые горелки выполняются производительностью ОТ 4 ДО 11 — 12 т/ч по АШ, что определяет их тепловую мощность от 25 до 75 МВт.

Через вихревые горелки пылевоздушная смесь и вторичный воздух подаются в топку в виде закрученных струй, а из горелок второго ти­па — в виде прямоточных струй.

Вихревые горелки бывают трех видов [Л. 54]:

Двухулиточные горелки с улиточными закручивателями пы­левоздушной смеси и вторичного воздуха (рис. 18-1);

Улиточно-лопаточные горелки с улиточным закручива - телем пылевоздушной смеси и аксиальным лопаточным закручивателем вторичного воздуха (рис. 18-2);

Прямоточно-улиточные горелки (рис. 18-3) с прямоточ­ным каналом для пылевоздушной смеси и рассекателем на выходе из него и улиточным закручивателем вторичного воздуха.

Структура струй пылевоздушной смеси, вытекающих из амбразур вихревых горелок, в значительной мере зависит от типа и конструкции их закручивающих аппаратов. При закручивающем аппарате в виде спирали крутка потока зависит от параметра аЬ/й2 (отношение площа­ди сечения входного патрубка закручивающего аппарата к квадрату диаметра выходного сечения), значение которого рекомендуется в пре­делах 0,4—0,6. Лопаточные аппараты выполняются с тангенциальными поворачивающимися или неподвижными лопатками на входе в канал вторичного воздуха или с осевыми лопатками на выходе из канала вто­ричного воздуха. Воздух входит в лопаточный аппарат с направлением,.

Параллельным оси горелки. Лопатки образуют каналы, из которых воз­дух вытекает в виде струй, наклоненных к продольной оси горелки под некоторым углом.

В двухулиточных и улиточно-лопаточных вихревых горелках пыле­воздушной смеси и вторичному воздуху сообщается закрученное дви­жение с одинаковым направлением вращения. В прямоточно-улиточных

Горелках раскрытие факела достигается установкой рассекателя в вы­ходном сечении канала первичного воздуха и закруткой потока вторич­ного воздуха.

Горелки с направлением закручивания по часовой стрелке, если смотреть со стороны улитки аэросмеси, называют правыми, а с обрат­ным направлением крутки потоков—левыми. Благодаря закрутке по­токи пылевоздушной смеси и вторичного воздуха в топочной камере 382

Распространяются в виде двух концентрически расположенных усечен­ных полых конусов, причем внутри находится конус пылевоздушной: смеси, имеющий несколько больший угол раскрытия для лучшего пере­мешивания со вторичным воздухом. В осевой области раскрывающейся струи создается разрежение, вызывающее приток горячих продуктов сгорания к корню факела с его внутренней стороны. Поэтому при по­даче пылевоздушной смеси через вихревые горелки зажигание факела

Происходит как по внешней, так и по внутренней поверхности, что уве­личивает удельный периметр воспламенения и интенсифицирует как процесс воспламенения, так и горения. Значение внутренней рецирку­ляции продуктов сгорания для зажигания больше, так как они изоли­рованы от экранных поверхностей и на траектории возврата к корню факела не охлаждаются. Кроме того, рециркулирующие продукты сго­

Рания непосредственно соприкасаются с пылевоздушной смесью. Чтобы - способствовать большему раскрытию факела, амбразуру вихревых го­релок выполняют конической.

Улиточно-лопаточные вихревые горелки выполняют одно - и двух­поточными по вторичному воздуху. В них закрутка вторичного воздуха осуществляется осевыми лопаточными аппаратами, а пылевоздушной »смеси — улиточными закручивателями.

В прямоточно-улиточной вихревой горелке пылевоздушная смесь подается прямоточно по центральной цилиндрической трубе. На выходе из нее пылевоздушный поток, омывая конический рассекатель, раскры­вается. Вторичный воздух, поступающий через улиточный закручива - тель, зави^ривает факел. Угол раскрытия рассекателя рекомендуется

Принимать в пределах 90—120°.

Главное (преимущество этих горелок заключается в меньшем аэродина­мическом сопротивлении тракта пер­вичного воздуха.

Для зажигания пылевоздушной смеси в горелку монтируется ма­зутная форсунка производитель­ностью до 2 т/ч. Тепловая мощность растопочных форсунок должна со­ставлять не менее 30% мощности пылеугольной горелки. Для розжига мазутной форсунки горелки снаб­жаются дистанционными электрога. зовыми запальниками.

Снижение производительности вихревых горелок однопоточных по вторичному воздуху допускается до 70% номинальной, а двухпоточ­ных— ДО 60%. При этом скорость в пылепроводах по условиям пред­
отвращения сепарации пыли не должна быть ниже допустимых норма­ми расчета пылеприготовления [Л. 2].

К вихревым также относится горелка ВТИ с завихривающи - ми лопатками (рис. 18-4), применяемая для сжигания каменных и бурых углей в вертикальном циклонном предтопке ВТИ. В ней пыле­воздушная смесь и вторичный воздух подаются через патрубки 1 и 2 и концентрические каналы. В конце каналов устанавливаются завихри - вающие лопатки.

Вихревые горелки, как обладающие высокой устойчивостью зажи­гания, рекомендуются преимущественно для сжигания пыли АШ, полу - антрацитов и тощих углей в открытых и полуоткрытых топках с твер; дым и жидким шлакоудалением. Эти горелки могут быть использова­ны И ДЛЯ сжигания ТОПЛИВ С большим ВЫХОДОМ летучих. Вихревые Г01 релки рекомендуется располагать на парогенераторах производительно­стью до 70 кг/с встречно на боковых стенах, а на парогенераторах большей производительности — встречно на широких фронтовой и зад­ней стенах в один, два и более ярусов.

Оптимальная скорость выхода пылевоздушной смеси из вихревой горелки составляет 14—16 м/с, в мощных горелках может быть увели­чена до 20—22 м/с, оптимальная скорость вторичного воздуха — соот­ветственно 18—21 и 26—30 м/с.

Вихревые горелки хорошо зарекомендовали себя на парогенера­торах средней производительности, на которых их можно располагать сравнительно просторно. При свободном раскрытии реализуется основ­ное их достоинство—создание во внутренней полости зоны рецирку­ляции, обеспечивающей устойчивое зажигание. С переходом к мощным и сверхмощным парогенераторам роль самих горелок в организации топочного процесса уменьшилась. В этих парогенераторах важное зна­чение для организации топочного процесса имеет взаимодействие фа­келов, определяемое способом компоновки горелок. Вследствие плохо­го взаимодействия сильно раскрытых завихренных факелов при пло­хом заполнении ими топочного объема вихревые горелки на крупных парогенераторах все больше вытесняются щелевыми горелками. Этому также способствуют имеющиеся недостатки в работе вихревых горелок. Горелки большой производительности крупногабаритны и имеют амбра­зуры больших размеров. Так, например, для горелок производительно­стью 11 т/ч по АШ амбразура выполняется диаметром 1480 мм в ци­линдрической части и 1625 мм в устье конической части.

Мощным излучением и проникновением горячих продуктов сгора­ния в амбразуры большого размера металлические насадки и рассека­тель горелки сильно нагреваются и обгорают. В этих условиях нена­дежно работают прямоточно-улиточные горелки. Для уменьшения обго - рания и повышения надежности работы горелки амбразуры стали вы­полнять цилиндрическими. Но это связано с уменьшением раскрытия факела, т. е. противоречит основному принципу работы вихревых го­релок. В завихренном потоке происходит расслоение воздуха и пыли. Пыль оттесняется к периферии цилиндрического канала и неравномер­но распределяется в потоке первичного воздуха на выходе из горелки. Неравномерно и распределение скоростей. Имеются и конструктивные недостатки. Вихревые горелки громоздки, сложны в изготовлении, тре­буют сложной разводки экранных труб у больших круглых амбразур. И, наконец, вихревые горелки обладают повышенным аэродинамиче­ским сопротивлением и подвержены большему износу пылевоздушным потоком.

Прямоточные горелки подразделяются на неподвижные и пово­ротные.

Прямоточные горелки по конструкции просты, состоят из прямо­угольных каналов для подачи пылевоздушной смеси и вторичного воз­духа.

По расположению каналов первичного и вторичного воздуха име­ются следующие типы прямоточных горелок:

Щелевые горелки с внешней подачей вторичного воздуха; горелки с внешней подачей первичного воздуха; горелки с чередующимся по высоте расположением нескольких ка­налов первичного и вторичного воздуха.

В щелевой горелке с внешней подачей вторично­го воздуха (рис. 18-5) пылевоздушная смесь через пылепровод под­водится к входному круглому патрубку 1, переходящему В несколько' каналов 2 прямоугольного сечения, которые имеют поворотные насад­ки 4, вторичный воздух подается через короб 3 в пространство между каналами пылевоздушной смеси. При выходном сечении, близком к квадрату, горелка выдает дальнобойный факел. Внешняя же подача вторичного воздуха ухудшает условия зажигания и развития процесса горения.

Для улучшения условий воспламенения были предложены горел­ки с внешней подачей пылевоздушной смеси. На рис. 18-6 показана пылеугольная щелевая горелка МЭИ с внешней по­дачей пылевоздушной смеси. Для уменьшения дальнобойности и обес­печения быстрого распространения воспламенения по всему сечению факела горелку выполняют щелевой формы, т. е. с большим отноше­нием 1/Ьо = 3+6, где / и Ьо—высота и ширина горелки.

В этих горелках для каменных и бурых углей для улучшения сме­шения вторичного воздуха с пылевоздушной смесью перегородки между каналами первичного и вторичного воздуха не доводят до выходного сечения, а выполняют короткими, создавая участок предварительного смешения. В случае необходимости усиления зажигания выходную часть горелки выполняют с плавным раскрытием для повышения устой­чивости зажигания аэродинамическим торможением периферийных сло­ев. Горелка предназначена для сжигания топлив как с малым, так и с большим выходом летучих.

Горелка выполняется в двух вариантах: с горизонтальным распо­ложением патрубка для подачи пылевоздушной смеси и приспособлен­ного для вертикального подвода пылепровода, что улучшает условия компоновки и трассировки пылепроводов и обеспечивает более равно­мерное распределение пыли во входном сечении патрубка.

Для обеспечения более равномерного распределения угольной пыли и воздуха по сечению горелки и в особенности по ее высоте во втором варианте горелка по каналу для подачи пылевоздушной смеси выпол­няется состоящей из унифицированных элементов в едином корпусе, каждый из которых представляет собой канал прямоугольного сечения С резким поворотом на 90° в вертикальной плоскости. Резкий поворот осуществлен установкой в канале отражающих плит под углом 45°. Для 25* 387
уменьшения сопротивления на участке поворота верхняя стенка канала выполнена обтекаемой формы. Все каналы идентичны и одинакового» размера, различны лишь длины прямых начальных и конечных участ­ков перегородок между ними.

На рис. 18-7 показан блок угловых прямоточных горе­лок, включающий по высоте четыре пылеугольные и две мазутные

Щелевые поворотные горелки для парогенератора энергоблока мощ­ностью 550 МВт.

При угловой компоновке приме­няются также прямоточные щеле­вые поворотные горелки. В пбворот - ной горелке конструкции ЗиО (рис. 18-8) сопла первичного 2 и вторичного 4 воздуха - поворачива­ются на шарнирах 5 вверх от гори­зонтальной плоскости на 12° и вниз на 20°. Поворотом горелки пользу­ются при наладке топочного процес­са и для регулирования температу­ры перегрева пара.

Горелка БПК-ОРГРЭС (рис.

18- 9) имеет на выходе из прямо­угольного канала первичного возду­ха плоский рассекатель. В топочной камере, снабженной горелками БПК-ОРГРЭС, отдельные факелы между собой плохо взаимодейству­ют. Эти горелки работают преиму­щественно 'по принципу индивиду­ального действия. Их устанавлива­ют на одной фронтовой либо встреч­но на двух противоположных сте­нах. Эти горелки применяют для углей как с малым, так и большим выходом летучих.

Плоскофакельная горелка ЦКТИ-ТКЗ-ВоГРЭС (рис. 18-10) состоит из двух труб вторичного воздуха 1, направленных друг к другу под углом 60е, между ними также симметрично относительно оси го­релки расположены две трубы 2 для подачи первичного воздуха с уголь­ной пылью, направленные друг к другу под углом 40°. Точка пересе­чения осей труб вторичного воздуха удалена от торцевой плоскости го­релки на расстоянии, равном 2,2 D% где D2—диаметр труб вторичного воздуха. По оси сопл вторичного воздуха расположены газовые нако­нечники 3, а по оси горелки установлена плоскофакельная паромеханн - ческая мазутная форсунка 4.

На парогенераторах производительностью до 64 кг/с (230 т/ч) го­релки располагаются встречно на боковых стенах, а на парогенерато^- рах большей производительности — встречно на фронтовой и задней стенах. Использование соударения струй позволяет регулировать поло­жение факела по высоте топочной камеры изменением количественного соотношения в подаче вторичного воздуха через верхнюю и нижнюю трубы.

Горелка предназначена для сжигания твердых топлив как с ма­лым, так и большим выходом летучих, а также для мазута и природ­ного газа. При сжигании пылевидных топлив скорость выхода первич­ного воздуха рекомендуется в пределах 25—30 м/с, а вторичного — 40—50 м/с. Плоскофакельные горелки выполняют производительностью ж> АШ до 3 кг/с (10 т/ч).

При отсутствии внешних сил потоки, вытекающие из прямоточных горелок, двигаются в виде плоских струй, что позволяет организовать их хорошее взаимодействие в топочной камере. Поэтому при примене­нии прямоточных горелок способ их компоновки имеет большее значе­ние для организации топочного процесса, чем их индивидуальные свой­ства. Как хорошо взаимодействующие, прямоточные горелки применяют при угловой, встречной, встречно-смещенной и фронтальной компо­новке.

Сравнивая прямоточные горелки с вихревыми, следует указать, что при использовании вихревых горелок в организации процесса превали­рующее значение приобретают свойства самих горелок.

При использовании щелевых горелок растопочные мазутные фор­сунки устанавливают под ними или на стенах, примыкающих к стенам, на которых установлены основные горелки, несколько ниже них.