Теплотехническое оборудование

ТОПКИ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗА

В топках промышленных котельных агрегатов широко исполь­зуется природный газ различных месторождений.

Из многочисленных конструкций газовых горелок для про­мышленных котельных агрегатов в настоящее время применяются инспекционные горелки полного предварительного смешения, го­ризонтальные и вертикальные щелевые горелки с принудительной подачей воздуха, комбинированные газомазутиые и пылегазовые горелки.

Из различных конструкций инжекционных горелок полного предварительного смешения достаточно эффективными являются блочные инжекционные го­релки, разработанные про­изводственно - техническим предприятием «Промэнер - гогаз» на. базе иссле­дований и конструктив­ных схем, выполненных ЛНИИАКХ (Ленинград­ский научно-исследова­тельский институт Акаде-

Цри необходимости сохранения твердого топлива в качестве резервного блочные инжекционные горелки рекомендуется уста­навливать на боковых стенах топочной камеры. Горелки приме­няются для котлов производительностью до 10 т/ч. Колосниковая решетка топки при работе на газе во избежание перегрева и при­соса воздуха закрывается листовым асбестом и засыпается битым шамотным кирпичом. Розжиг горелок производится горящим запальником с тыльной стороны в следующем порядке. После выполнения всех операций по подготовке котла и продувке газо­провода подносят горящий вапальник к тыльной стороне смеси­теля горелки и, приоткрыв рабочую задвижку, устанавливают давление газа перед горелкой 2000—3000 Па. Затем, быстро пере­двигая запальник, поджигают газ в каждом смесителе и сразу же увеличивают давление газа перед горелкой до 5000—6000 Па с таким расчетом, чтобы горящие струйки газа из смесителя пере­местились в туннель горелки. ‘Розжиг горелки выполняют два человека. Все операции должны быть выполнены быстро и так, чтобы не произошел отрыв пламени от туннеля горелки. Если не удастся по каким-либо причинам быстро поджечь газ в каждом смесителе, пуск горелки прекращают и после тщательной венти­ляции топки в течение 15—20 мин вторично производят зажигание горелки. Следует также немедленно прекратить подачу газа в горелку, если при увеличении давления газа произойдет по­гасание из-за отрыва пламени от туннеля.

Регулирование производительности горелки производится по­степенным изменением давления газа перед ней. Горелки устой­чиво работают при изменении давления газа в пределах от 5000 до 85 000 Па.

При эксплуатации топок, оборудованных блочными инжек- ционными горелками, необходимо следить за состоянием тунне­лей, своевременно производя их ремонт в случае разрушения. При переходе на резервное твердое топливо туннели всех горелок закладываются огнеупорным кирпичом, а с колосниковой решетки убирается битый шамотный кирпич. Для выполнения этих работ требуется расхолаживание топки.

При работе блочных горелок, как показали испытания, про­цесс горения заканчивается на расстоянии 18—20 калибров от выходного среза смесителя (за характерный размер принята ширина огневой щели смесителя), т. е. при принятой в конструк­ции горелки ширине щели 60 мм длина факела не превышает 1200 мм. Следует учитывать, что горелки работают с низкими коэффициентами избытка воздуха при давлении газа перед го­релкой не менее 20 000 Па. Зависимость коэффициента избытка воздуха на выходе из горелки от давления газа перед ней пока­зана на рис. 3-26.

При устойчивом газоснабжении и резервном слоевом способе сжигания твердого топлива для котлоагрегатов производитель­ностью до 20 т/ч применяются горизонтальные щелевые (подовые) горелки.

На рис. 3-27 показана установка горизонтальных щелевых горелок к топке переведенного на газ парового котла ДКВ-4-14, а на рис. 3-28 — в топке водогрейного котла ТВГ-8, предназна­ченного только для сжигания газа. Горизонтальные щелевые горелки просты по конструкции, однако при эксплуатации имеют ряд особенностей. Опыт эксплуатации показал, что при понижен-

Ных нагрузках котла вследствие затягивания пламени в щель происходит перегрев металла газового коллектора и преждевре­менный выход его из строя. Исследованиями установлено, что температура металла газового коллектора зависит от скорости газа внутри него, скорости воздуха, омывающего коллектор, и излучения огнеупорного материала щели. Во избежание перегрева газового коллектора скорость газа в нем должна быть не менее 7—8 м/с при минимальной нагрузке котельного агрегата.

Диаметр газовыпускных отверстий горизонтальных щелевых горелок должен быть не менее 2 мм, так как при меньшем диа­метре наблюдается закоксовывание отверстий плотными отло­жениями. Существенное влияние на качество работы горелок оказывает равномерность распределения воздуха по длине щели, которое зависит от состояния колосников решетки. Перед уста­новкой горелок и выкладкой пода необходимо проверить состоя­ние колосникового полотна решетки и заменить дефектные ко­лосники.

При эксплуатации топок, оборудованных подовыми горелками, на отдельных установках возникали пульсации пламени и про­дуктов горения, сопровождающиеся однотонным гудением либо звуками, напоминающими сильную барабанную дробь. Описан­ные явления возникали вследствие вибрационного горения. В ос­нове механизма вибрационного горения лежит взаимодействие зоны горения и потока. Механизм пульсационного горения изучен недостаточно, и в связи с этим ликвидация вибраций в основном осуществляется эмпирически.

Процесс горения при работе подовых горелок заканчивается на расстоянии 17—20 калибров от газовыпускных отверстий. При этом длина факела увеличивается с уменьшением коэффи­циента избытка воздуха.

На рис. 3-29 показана установка вертикальных щелевых горе­лок на котле ДКВР-10-14. Установка горелок на боковых стенах топочной камеры позволяет осуществить переход на резервное твердое топливо без демонтажа горелочных устройств. Однако переход на твердое топливо требует закладки щелей горелок, открытия амбразур забрасывателей, снятия защитного слоя би­того шамотного кирпича с колосниковой решетки. Эти операции могут быть выполнены без расхолаживания котла, однако тре­буют не менее четырех часов при хорошей организации работ. Обратный переход ка газообразное топливо возможен только при. расхолаживании котла, так как необходимо выполнить за­кладку амбразур забрасывателей.

Опыт эксплуатации и испытания вертикальных щелевых горе­лок показали, что они устойчиво работают в диапазоне изменения давления газа от 2500 до 35 ООО Па, выдавая факел длиной около 20 калибров от. газовыпускных отверстий.

При эксплуатации горелки необходимо следить за состоянием шелей, выполненных из огнеупорного кирпича, не допуская их

Рис. 3-29. Компоновка вертикальных щелевых горелок за котле ДКВР-10-14 1 — воздухопроводы к горелкам; 2 —- горелка; д — переносные эапальнкы!; 4 — предо - краннтельяый взрывной клапан; б — гааолровод безопасности; 6 — колосниковая ре­шетка; 7 — битый шамотный кирпич

Разрушения. При пониженных нагрузках котла допустима ра - бота на двух противоположных горелках, расположенных ближе к фронту котла. Следует учитывать, что вертикальные щелевые горелки имеют небольшое сопротивление по воздушной стороне, поэтому для контроля над давлением воздуха необходимо уста­навливать перед ними наклонные тягонапоромеры. На рис. 3-36 приведена зависимость расхода воздуха от его давления перед горелкой при различном коэффициенте избытка воздуха.

При резервном жидком топливе наиболее распространены комбинированные газомазутные горелки типов ГМГ, НГЭДГ (рис. 3-17, 3-15) и РГМГ (рис. 3-19). Газовая часть горелок ГМГ и НГМГ включает в себя газовыпускные, отверстия, расположен­
ные на торцевой части газового ствола. У горелок РГМГ газо­выпускные отверстия расположены в газораздающем коллекторе, имеющем форму кольца.

При работе на газе вентилятор распыляющего (первичного) воздуха у горелок типа НГМГ отключается и в канал первичного воздуха подается воздух из основного воздухопровода для охла­ждения мазутной форсунки. Опыт эксплуатации показал, что при работе на мазуте возможно закоксовывание газовыпускных отверстий, особенно при неправильной установке мазутного ствола (см. рис. 3-16). Поэтому при наладочных испытаниях необходимо уточнять диаметр газовыпускных отверстий в зави­симости от теплоты сгорания газа. При подборе отверстий их диаметр рассчитывается на скорость выхода газа при номинальной нагрузке в пределах от 60 до 90 м/с. Температуру газа перед газовыпускными отверстиями следует принимать около 50 °С. При плановых остановках котельного агрегата необходимо про­верять диаметр газовыпускных отверстий и в случае их закоксо - вывания производить прочистку.

У горелок ГМГ при работе на газе мазутная форсунка уда­ляется, и в горелку подается небольшое количество первичного воздуха во избежание перегрева его 8авихрителя. Все рассмотрен­ные горелки предназначены для раздельного сжигания газа и мазута. Однако кратковременная работа горелок на газе и ма­зуте в период перехода с одного вида топлива на другое допу­скается. В горелках РГМГ для удобства удаления форсунки из воздушного короба она крепится к кольцу-раме двухосным кронштейном, позволяющим ей совершать поступательное и вра­щательное движения. При выводе форсунки из воздушного ко­роба нейтральное отверстие закрывается специальными захлоп - ками.

При переводе пылеугольных топок на сжигание газа обычно применяются комбинированные пылегазовые горелки. В качестве примера пылегазовых горелок на рис. 3-31 показана горелка конструкции Оргэнергостроя с расходом природного газа 2000 м®/ч. При работе на газе подвижная часть телескопической трубы с чугунным насадком и конусом убирается внутрь горелки.

Опыт эксплуатации показал, что у горелки с периферийной выдачей газа в закрученный поток воздуха наблюдается нарушение плотности сочленения с обмуровкой топочной камеры. В резуль­тате воздействия газовоздушного потока на стенки амбразуры он через неплотности швов кирпичной кладки проникает в обму­ровку. Если газовоздушная смесь попадает в топку и сгорает в ней, это неопасно, но возможно выбивание газовоздушной смеси в помещение цеха и загазовываиие его. Для ликвидации утечек газа рекомендуется применять уплотнение в виде металлического кольца, которое закладывается в обмуровку (8 на рис. 3-31).

При эксплуатации горелок наблюдается также повреждение газовых коллекторов и оплавление амбразур. На рис. 3-32 пока-

Заны различные формы применяемых газовых коллекторов и наиболее характерные места их повреждений.

Надежность розжига газовых горелок с принудительной по­дачей воздуха зависит главным образом от положения запальника по отношению к амбразуре горелки и от плотности шиберов, регулирующих подачу воздуха в горелку. Розжиг каждой из установленных горелок должен производиться от индивидуаль­ного запальника, устанавливаемого в запальное отверстие. Устой­чивость пламени запальника зависит от разрежения в топке и плотности шибера, регулирующего подачу воздуха в горелку. В связи с этим перед вводом запальника в топку необходимо плотно закрывать шибер, регулирующий подачу воздуха, и отрегулировать разрежение в верхней части топки, которое должно составлять 20—30 Па. При высокой топке разрежение в ее верх­ней части перед розжигом горелки следует снизить до 10 Па, так как при этом разрежение в зоне горелки достигает 70—90 Па. Пламя запальника должно располагаться в непосредственной близости от амбразуры и над ней, как показано на рис. 3-33, а.

Рис. 3-33. Установка запальника: а — правильная; 6' — неправильная

При устойчивой работе запальника подача газа в горелку производится плавно, так, чтобы давление газа не превышало 10—15% номинального. Воспламенение газа, выходящего из горелки, должно происходить немедленно. Если газ, выходящий из горелки, сразу же не воспламенится, необходимо быстро за­крыть подачу газа к горелке, удалить из топки запальник и про­вентилировать в течение 10—15 мин топочную камеру. Повтор­ный розжиг горелки разрешается только после устранения причин, воспрепятствовавших ее нормальному пуску.

При внесении запальника в топку и розжиге горелки необ­ходимо соблюдать осторожность, находясь в стороне от запального отверстия. После воспламенения газа, выходящего из горелки, производят подачу воздуха с таким расчетом, чтобы светимость пламени уменьшилась, но не произошло отрыва его от горелки. Для повышения производительности горелки сначала увеличи­вают на 10—15% давление газа, а затем соответственно давление воздуха, восстанавливая прежнее разрежение в топке. При устойчивой работе первой горелки приступают последовательно к розжигу остальных горелок.

Отключение горелок производится поочередно. Для этого постепенно ступенями сначала уменьшают расход воздуха, иду­щего к горелке, а затем—давление газа при соответствующем восстановлении разрежения в топке. После достижения мини1 мальиого Давления газа, при котором горелка работает устой­чиво, сначала полностью закрывают подачу газа, а затем—подачу воздуха.

В настоящее время широко применяется запально-защитное устройство (ЗЗУ) с электрическим зажиганием, выпускаемое заводом «Ильмариие». Конструкция и эксплуатация ЗЗУ подробно описаны в книге М. И. Певзнера и Р. И. Эстеркина «Эксплуатация газового оборудования» (Л.: Недра, 1983).

При растопке очередность зажигания горелок выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить равномерное расяределение температуры в объеме топочной камеры. Так, например, при уста­новке четырех вертикальных щелевых горелок на боковых стенках топочной камеры после зажигания первой горелки следует раз­жечь горелку на противоположной стене. Прогрев топки вплоть до включения котла в паровую магистраль лучше производить на двух горелках во избежание ускоренной форсировки топки.

Регулирование форсировки топки производится изменением давления газа и воздуха перед всеми установленными горелками при поддержании постоянного разрежения в верхней части топоч­ной камеры. При этом в топках с общей подачей воздуха ко всем горелкам (например, топки с подовыми горелками) необходимо следить, чтобы факелы, выходящие из каждой щели, были при­мерно одинаковыми.

Регулировать форсировку топки отключением отдельных го­релок следует только при крайней необходимости и только в том случае, когда они имеют индивидуальную регулировку воздуха.