ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЫ КОТЕЛЬНЫХ

ГОРЕЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

В зависимости от вида сжигаемого топлива различают множество конструкций горелочных уст­ройств.

1. При сжигании твердого пылевидного топлива применяют горелки смешивающего типа. В ам­бразуре топочной камеры устанавливают улитку, в которой пылевоздушная смесь (пылевидное топливо с первичным воздухом) закручивается и по кольцевому каналу транспортируется к выходу горелки, от­куда поступает в топку в виде закрученного короткого факела. Вторичный воздух, через другую анало­гичную улитку, подается в топку со скоростью 18.30 м/с, в виде мощного закрученного потока, где интенсивно перемешивается с пылевоздушной смесью. Производительность горелок - 2.9 т/ч уголь­ной пыли.

2. При сжигании мазута применяют форсунки и мазутные горелки: механические, ротационные и паровоздушные (паромеханические).

Механическая форсунка. Подогретый примерно до 100 °С мазут под давлением 2.4 МПа поступает в канал, перемещается в насадок (распыливающую головку), где установлен завихритель-распылитель. В результате прямолинейное движение мазута изменяется на вращательное, и мазут с большой скоро­стью (45.50 м/с) и сильным завихрением выбрасывается в топочную камеру, где, взаимодействуя с га­зовой средой, распыливается на мелкие капли. Расход мазута 0,2.4 т/ч. Достоинства: не нужен пар, нет движущихся частей. Недостатки: необходима двойная очистка мазута (грубая и тонкая); требуются мощные нефтенасосы; малый диапазон регулирования (60.100 %); образование нагара.

Ротационная форсунка. Топливо подается через канал и сопло на вращающуюся чашу, дробится и сбрасывается в топочную камеру. Давление топлива - мазута составляет 0,15.1 МПа, а чаша вращает­ся со скоростью 1500.4500 об/мин. Воздух поступает вокруг чаши через конус, охватывает вращаю­щийся поток капель и перемешивается с ним. Достоинства: не требуются мощные нефтенасосы и тон­кая очистка мазута от примесей; широкий диапазон регулирования (15.100 %). Недостатки: сложная конструкция и повышенный уровень шума.

Паровоздушная или паромеханическая форсунка. Топливо подается в канал, по внешней поверх­ности которого поступает распыливающая среда - пар или сжатый воздух (давлением 0,5.2,5 МПа). Пар

Выходит из канала со скоростью до 1000 м/с и распыливает топливо (мазут) на мельчайшие частички. Воздух нагнетается вентилятором через амбразуру.

Любая мазутная форсунка должна иметь устройство для хорошего перемешивания топлива с возду­хом, что достигается использованием разного вида завихряющих приспособлений - регистров. Ком­плект форсунки с регистром и другими вспомогательными приспособлениями называется мазутной го­релкой.

3. Газовые горелки.

Газогорелочные устройства (горелки) предназначены для подачи к месту горения (в топку) газо­воздушной смеси или раздельно газа и воздуха, устойчивого сжигания и регулирования процесса горе­ния. Основной характеристикой горелки является ее тепловая мощность, т. е. количество теплоты, выде­ляемое при полном сжигании газа, поданного через горелку, и определяется произведением расхода га­за на его низшую теплоту сгорания.

Основные параметры горелок: номинальная тепловая мощность, номинальное давление газа (возду­ха) перед горелкой, номинальная относительная длина факела, коэффициенты предельного и рабочего регулирования горелки по тепловой мощности, удельная металлоемкость, давление в камере сгорания, шумовая характеристика.

Существуют три основных метода сжигания газа [26].

1) Диффузионный - в топку газ и воздух в необходимых количествах подают раздельно, и смеше­ние происходит в топке.

2) Смешанный - в горелку подают хорошо подготовленную смесь газа с воздухом, содержащую только часть (30.70 %) воздуха, необходимого для горения. Этот воздух называют первичным. Ос­тальной (вторичный) воздух поступает к факелу (устью горелки) путем диффузии. К этой же группе от­носят горелки, у которых газовоздушная смесь содержит весь воздух, необходимый для горения, и смешение происходит и в горелке, и самом факеле.

3) Кинетический - в горелку подают полностью подготовленную газовоздушную смесь с избыточ­ным количеством воздуха. Воздух смешивается с газом в смесителях, и смесь быстро сгорает в корот­ком слабосветящемся пламени при обязательном наличии стабилизатора горения.

Наличие устойчивого пламени является важнейшим условием надежной и безопасной работы агре­гата. При неустойчивом горении пламя может проскочить внутрь горелки или оторваться от нее, что приведет к загазованности топки и газоходов и взрыву газовоздушной смеси при последующем повтор­ном розжиге. Скорость распространения пламени для различных газов неодинакова: наибольшая 2,1 м/с - для смеси водорода с воздухом, а наименьшая 0,37 м/с - смеси метана с воздухом. Если скорость газо­воздушного потока окажется меньше скорости распространения пламени, происходит проскок пламени в горелке, а если больше - отрыв пламени.

По способу подачи воздуха для горения различают следующие конструкции горелок [28].

1. Горелки с поступлением воздуха к месту горения за счет разрежения в топке, создаваемого ды­мовой трубой или дымососом, или конвекции. Смешение газа с воздухом происходит не в горелке, а за ней, в амбразуре или топке, одновременно с процессом горения. Такие горелки называют диффузион­ными, они равномерно прогревают всю топку, имеют простую конструкцию, работают бесшумно, факел устойчив по отношению к отрыву, проскок пламени невозможен.

2. Горелки с инжекцией воздуха газом, или инжекционные. Струя газа, поступающего из газопро­вода под давлением, выбрасывается из одного или нескольких сопл с большой скоростью, в результате в инжекторе смесителя создается разрежение, а воздух подсасывается (инжектируется) в горелку и при движении вдоль смесителя смешивается с газом. Газовоздушная смесь проходит через горло смесителя (самая узкая часть), выравнивающее струю смеси, и поступает в его расширяющуюся часть - диффузор, где скорость смеси снижается, а давление возрастает. Далее газовоздушная смесь поступает или в кон - фузор (где скорость увеличивается до расчетной) и через устье - к месту горения, или в коллектор с ог­невыми отверстиями, где сгорает в виде маленьких голубовато-фиолетовых факелов.

3. Горелки с инжекцией газа воздухом. В них для подсоса газа используется энергия струй сжатого воздуха, создаваемого вентилятором, а давление газа перед горелкой поддерживается постоянным с по­мощью специального регулятора. Достоинства: подача газа в смеситель возможна со скоростью, близ­кой к скорости воздуха; возможность использования холодного или нагретого воздуха с переменным давлением. Недостаток: использование регуляторов.

4. Горелки с принудительной подачей воздуха без предварительной подготовки газовоздушной сре­ды. Смешение газа с воздухом происходит в процессе горения (т. е. вне горелки), и длина факела опре­деляет путь, на котором это смешение заканчивается. Для укорочения факела газ подают в виде струек, направленных под углом к потоку воздуха, осуществляют закручивание потока воздуха, увеличивают разницу в давлениях газа и воздуха и т. п. По методу подготовки смеси данные горелки являются диф­фузионными (проскок пламени невозможен), они применяются как резервные при переводе одного топ­лива на другое в котлах ДКВР, в виде подовых и вертикально-щелевых.

5. Горелки с принудительной подачей воздуха и предварительной подготовкой газовоздушной сме­си, или газомазутные горелки. Они имеют наибольшее распространение и обеспечивают заранее задан­ное количество смеси до выхода в топку. Газ подается через ряд щелей или отверстий, оси которых на­правлены под углом к потоку воздуха. Для интенсификации процесса смесеобразования и горения топ­лива воздух к месту смешения с газом подают закрученным потоком, для чего используются: лопаточ­ные аппараты с постоянным или регулируемым углом установки лопаток, улиточная форма корпуса го­релки, тангенциальная подача или тангенциальные лопаточные закручиватели.