Гужулев Э.П. Основы современной малой энергетики. Том 2 - файл n1.doc

приобрести
Гужулев Э.П. Основы современной малой энергетики. Том 2
скачать (5930.4 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.doc8294kb.20.12.2006 19:50скачать
n2.doc808kb.20.12.2006 19:33скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12
Глава четвертая
Поверхности нагрева паровых котлов
4.1. Тепловосприятие поверхностей нагрева
Парообразующие поверхности паровых котлов различных систем за­метно отличаются друг от друга, но всегда они располагаются в основном в топочной камере и воспринимают тепло радиацией. В зависимости от вида сжигаемого топлива топочные экраны воспринимают 40–50 % полного коли­чества теплоты, отдаваемой рабочей среде в котле в целом. В поверхностях нагрева горизонтального газохода это тепловосприятие составляет 20–25 %, а на поверхности конвективной шахты приходится 30–40 % теплоты.

На рис. 1.24 показаны доли тепловосприятия в поверхностях котла, при­ходящиеся на нагрев воды, парообразование и перегрев пара при разных давлениях в котле с учетом принятых температур перегретого пара и пита­тельной воды.

Так, при среднем давлении (4 МПа) тепла, получаемого экранами ра­диационным теплообменом в топке, недостаточно для покрытия полной его потребности на парообразование (64 %), в связи с чем часть теплоты, затрачиваемой на испарение воды, передается в экономайзере и в конвек­тивных котельных пучках труб на выходе из топки. Поэтому в барабанных котлах среднего давления обычно экономайзер становится кипящим, в нем питательная вода не только подогревается до температуры насыщения, но и частично превращается в пар. Для этих котлов характерны конвективные испарительные поверхности, образованные из 3–4 рядов труб на выходе из топки с собственным нижним коллектором, питаемым водой из барабана, а также разводка труб заднего экрана в два-три ряда в зоне пересечения ими горизонтального газохода (фестон).

В барабанных котлах высокого давления (10 МПа и выше) доля теп­лоты, используемая на парообразование, в значительной мере снижается, и тепловосприятие экранов в топочной камере становится достаточным для получения требуемого количества пара, в связи с чем экономайзер выпол­няет только свою основную функцию: подогревает поступающую питатель­ную воду.



Рис. 1.24. Распределение доли тепла на подогрев, испарение и перегрев

в котлах при разных давлениях и температуре пара на выходе
На рисунке обозначено ЭКР – топочные экраны и доля испарения воды в экранах топки; ЭК – экономайзер и доля подогрева воды до насы­щения; ПП – пароперегреватель и доля перегрева пара в поверхности; hнас, hн.п. соответственно энтальпии насыщения воды и насыщенного пара в барабане; hп.п – энтальпии питательной воды на входе в котел и перегретого пара на выходе из него; hмт энтальпия среды при максимальной теплоемкости
Глава пятая
Ступенчатое испарение и промывка пара
Советский ученый Э. И. Ромм предложил оригиналь­ный способ получения пара высокого качества в пароге­нераторах барабанного типа при экономически приемле­мой величине продувки, который получил название сту­пенчатое испарение. Сущность этого способа состоит в получении пара из зон с различной концентрацией солей в кот­ловой воде.

В обычных усло­виях питательная вода с ма­лым солесодержанием и низ­кой щелочностью, поступая в барабан, смешивается с концентрированной котло­вой водой, и выделение пара происходит из воды, имею­щей значительно более вы­сокую концентрацию солей и щелочей, чем питательная вода. При этом концентра­ции котловой и продувочной воды одинаковы, и тем са­мым качество насыщенного пара в значительной мере оп­ределяется содержанием примесей в котловой воде, с которой генерируемый пар, находится в контакте перед выходом его в паровой объ­ем парогенератора. Между тем, если поддерживать пони­женное содержание веществ в котловой воде, из кото­рой генерируется пар, и более высокое содержание их в продувочной воде, то качество пара будет опреде­ляться низким содеражнием веществ в котловой воде парогенератора.

При наличии внутри водяного объема парогенератора зон с различным содержанием солей в котловой воде благодаря искусственно созданной неравномерности солесодержания, т. е. некоторому организованному «хими­ческому перекосу», качество котловой воды отличается от качества продувочной воды, и последняя не определя­ет чистоты пара.

Котел со ступенчатым испарением представляет собой обычный парогенератор с естественной циркуляцией, который уста­новленными в барабане и коллекторах перегородками разделен на несколько самостоятельных контуров циркуляции. Водяные объемы этих контуров сообщаются только через отверстие, сделанное в разделительной внутрибарабанной перегородке. Теоретически котел может быть разделен на любое число ступеней, но в прак­тических условиях обычно ограничиваются двумя или тремя ступе­нями испарения.

При двухступенчатом испарении часть парогенератора, в ко­торую подается питательная вода, называют чистым отсеком (первая ступень испарения), а остальную часть – соле­вым отсеком (вторая сту­пень испарения). В котлах, оснащенных устройства­ми трехступенчатого испарения, имеются соответственно чистый отсек и солевые отсеки второй и третьей ступеней испарения.

Для второй ступени испа­рения отделяется часть объема с одного или двух торцов ба­рабана (рис. 1.25) либо устанав­ливаются выносные циклоны, подключенные к боковым эк­ранным поверхностям пароге­нератора (рис. 1.26).


Рис. 1.25. Схема двухступенча­того испарения с двусторонним

расположением солевых отсе­ков в барабане парогенератора:

1 – продувка; 2 – питательная во­да; 3 пар
Благодаря тангенциально­му подводу пароводяной смеси в вертикальный цилиндриче­ский корпус циклона в нем га­сится кинетическая энергия па­роводяной смеси, а быстрое вращение ее в зоне зеркала испарения способствует интен­сивному разрушению пены. Пи­тательная вода по­да­ет­ся в чи­стый отсек барабана, из кото­рого осуществляется питание солевых отсеков в барабане либо вы­носных циклонов пара с промывочной водой. Промывочное барботажное устройство представляет собой затопленный плоский дырчатый щит с закраинами, отвечающими требующейся высоте промывочного слоя (приблизительно 40–50 мм). На конденсационных электростанциях и чисто отопительных ТЭЦ на барботажное промывочное устройство подается вся питательная вода, а на про­мышленных ТЭЦ, использующих в качестве добавки химически обработанную воду, на паропромывочное устройство подается от 50 до 100 % питательной воды.

Общий эффект от применения промывки пара определяется КПД как самого паропромывочного устройства, так и сепариру­ющих устройств, осушающих пар до и после промывки его. Коэф­фициент полезного действия собственно промывки пара представ­ляет собой отношение количества удаленного вещества к теорети­чески возможному количеству, т. е. он указывает, насколько про­мывка приближается к пределу очистки. Если бы содержание ве­щества в паре достигло концентрации, отвечающей коэффициенту распределения, то эффективность промывки была бы равна 100 %, т. е. отвечала бы максимально возможной – теоретической – очистке пара. При ограниченной высоте промывочного слоя, которая имеет место в случае размещения паропромывочного устройства в паро­вом объеме барабана, величина КПД собственно барботажной промывки составляет примерно 80 %.


Рис. 1.26. Схема двухступенчатого испарения с выносными цикло­нами:

1 – барабан котла; 2 – цик­лон; 3 – боковой экран; 4 – подвод питательной воды
Для любой схемы внутрикотловых устройств важной характе­ристикой является доля уловленных ими в парогенераторе неорга­нических примесей от общей концентрации их в питательной воде. Применительно к парогенераторам с паропромывочными устройства­ми этот показатель зависит: а) от разности концентраций солей и кремниевой кислоты в паре, поступающем на промывочное устрой­ство, и соответственно в промывочной воде; б) гидратной щелоч­ности промывочной воды; в) отношения расхода промывочной воды к расходу пара; г) величины поверхности и продолжительно­сти контактирования пара с промывочной водой; д) значений коэф­фициентов массообмена, характеризующих интенсивность пере­хода того или иного вещества, растворенного в воде, в промывоч­ную воду.

Экспериментальные и эксплуатационные данные свидетельствуют о том, что паропромывочные устройства снижают кремнесодержание пара в среднем в 2–3 раза.

На промышленных ТЭЦ высокого давления (100 кгс/см2) при значительной добавке химически обра­ботанной воды обычно применяется комбинированная схема внутрикотловых устройств, которая предусматри­вает сочетание трехступенчатого испарения с барботажной промывкой питательной водой всего пара либо толь­ко пара из солевых отсеков (рис. 1.27). Иногда пар про­мывается котловой водой чистого отсека; с этой целью пар из солевых отсеков подается под уровень воды в чистом отсеке. На конденсационных электростанциях и чисто отопительных ТЭЦ, где парогенераторы бара­банного типа сверхвысокого давления (140 кгс/см2) питаются с добавкой химически обессоленной воды либо дистиллята испарителей, часто применяется схема двух­ступенчатого испарения с выносной второй ступенью, имеющей паропроизводительность 3–6 %, которая сочетается с барботажной промывкой пара. Из этих па­рогенераторов с паром уносится от 2 до 8 % кремниевой кислоты, внесенной питательной водой, (рис. 1.28).


Рис. 1.27. Схема трехступенчатого испаре­ния с выносными циклонами и барботаж­ной промывкой пара: 1– пароводяная система чистого отсека; 2 – вто­рая ступень испарения; 3 – третья ступень испа­рения; 4 – питательная вода;
5 – продувка; 6 – пар в пароперегреватель



Рис. 1.28. Общий вид внутрибарабанных устройств с барботажной промывкой пара: 1 – промывочное устройство; 2 – жалюзийный сепаратор; 3 – питательное устройство; 4 – дырчатый лист; 5 – непрерывная продувка; 6 – подвод питательной среды; 7 – линия ввода фосфатов

Глава шестая
Основы организации топочных процессов

и материальные балансы горения
6.1. Горелочные устройства
Основные теоретические сведения

Промышленное сжигание газообразного топлива в топках парогенерато­ров осуществляется с помощью специальных устройств, называемых газовыми горелками.

Назначение газовой горелки – подготовка смеси газа и воздуха; подача газовоздушной смеси в рабочее пространство в заданном направлении; обеспе­чение воспламенения газовоздушной смеси при всех нагрузках; создание факе­ла необходимой длины и излучательной способности; создание требуемой ин­тенсивности горения; обеспечение полного сгорания газа. Выполнение пере­численных функций возможно только в правильном сочетании горелок с каме­рами сгорания (в котельных агрегатах – с топками). Длина факела зависит от конструкции газовой горелки. Схематичное изображение длины факела в зави­симости от конструкции газовой горелки приведено на рис. 1.29, где а – диффу­зионная горелка; б – длиннофакельная; в – короткофакельная турбулентная; г – бесфакельная инжекционная горелка. Смесеобразование в горелках реализу­ется одним из следующих способов:

1) внешним смешением – в топочную камеру поступают раздельные потоки газа и воздуха и смесеобразование происходит в объеме пламени. По этому способу работают диффузионные горелки (рис. 1.29 а), рассчитанные на сжига­ние газа с очень длинным факелом;

2) предварительным смесеобразованием – в горелке производится незавер­шенное смешивание компонентов сгорания, продолжающееся в объеме факела после выхода смеси в камеру сгорания. По этому принципу устроены смеси­тельные горелки, имеющие большую или меньшую длину факела в зависимо­сти от качества смешивания (рис. 1.29 б). К ним относятся турбулентные и го­релки (рис. 1.29 в), имеющие приспособления для закручивания потоков, что способствует лучшему смесеобразованию;

  1. внутренним смешением – в камеру сгорания подается хорошо подготов­ленная газовоздушная смесь, содержащая весь воздух, необходимый для сгора­ния. По этому принципу устроены бесфакельные инжекционные горелки (рис. 1.29 г);

  2. частичным (предварительным) внутренним смешением – из горелки выте­кает газовоздушная смесь, содержащая часть воздуха, необходимого для пол­ного сгорания; остальной (вторичный) воздух подводится к факелу из атмо­сферы, окружающей пламя. По этому принципу устроены атмосферные горел­ки (рис. 1.29 д).



а)


б)



в) г)



д)

Рис. 1.29

Иногда горелки классифицируют по длине факела: длиннофакельные, короткофакельные и бесфакельные. Другими признаками классификации газо­вых горелок являются давление газа (горелки низкого давления – до 0,005 МПа, среднего давления – от 0,005 до 0,3 МПа и высокого давления – свыше 0,3 МПа); степень очистки газа и др.

В зависимости от особенностей подачи газа и воздуха и их перемешивания различают следующие виды горения: кинетическое, диффузионное и смешанное.

Кинетическое горение – процесс сжигания предварительно подготовленной газовоздушной смеси, содержание воздуха в которой несколь­ко превышает теоретически необходимое его количество. При кинетическом горении время горения смеси хг определяется в основном временем химиче­ского реагирования ххр. Следовательно, скорость кинетического горения, по крайней мере в первичной стадии, определяется скоростью химической реак­ции, т. е. зависит от кинетических факторов (энергии активации, температуры и давления).

Кинетическое горение происходит при применении горелок, в которых реализуется принцип полного внутреннего смешения.

Диффузионное горение происходит при раздельной подаче газа и воздуха в камеру сгорания, выполняющую роль смесительного устройст­ва, в этом случае процесс горения протекает одновременно с процессом смесе­образования, а перемешивается газ и воздух в топке за счет их взаимной диф­фузии при горении.

При диффузионном горении время на химическую реакцию хр сущест­венно меньше времени на смесеобразование д.Такое горение реализуется в диффузионных газовых горелках.

Инжекционные горелки, разработанные НИИ Мосгазпроекта, с пластин­чатыми стабилизаторами позволяют реализовать принцип полного внутреннего смешения. В них атмосферный воздух для горения инжектируется струей газа. Процессы смесеобразования предшествуют процессам горения. Предваритель­ное смешение газа и воздуха осуществляется в смесительной камере. Готовая однородная газовоздушная смесь сгорает на выходе из горелки.

Смешанное горение получается в случае сжигания газовоздуш­ной смеси в условиях частичного внутреннего смешения. Такой вид горения реализуется в газовых горелках смешанного (диффузионно-ки­не­ти­ческого) ти­па, применяемых в топках парогенераторов большой паропроизводительности. Эти горелки, имея небольшие габариты, обладают значительной тепловой мощностью и большим разнообразием конструкций.

В котельных агрегатах применяются горелки, работающие как по кинетическому принципу, так и по диффузионному. Выбираются они с учетом производительности агрегата и его конструктивных особенностей конфигурации и геометрических размеров топочной камеры, степени ее экранирования и т. д.

Выбор типа горелок связан с их компоновкой, производительностью аг­регатов, конфигурацией и размерами топочной камеры, степенью ее экрани­рования, видом резервного топлива и способом его сжигания (слоевой или ка­мерный), необходимой степенью автоматизации процесса горения, требуемым диапазоном регулирования паропроизводительности котлоагрегатов, единич­ной производительностью и характеристиками работы горелки (длина факела и его дальнобойность).

Как правило, для сжигания жидкого и газообразного топ­лива используют вихревые горелки, в которых весь воздух или его часть закручивается с помощью лопаточного аппарата или за счет улиточного подвода к горелке. При факельном сжига­нии твердого топлива используются как вихревые, так и пря­моточные горелки при их фронтальном или тангенциальном расположении.

Вихревые горелки обычно размещают на фронтовой или (на более крупных котлах) на боковых стенах топки. По типу размещения сопловых отверстий для выхода газа различают горелки с центральной, периферийной или комбинированной по­дачей газа. Кроме того, вихревые горелки отличаются спосо­бом закрутки воздушного потока (улиточный, тангенциальный подвод воздуха или применение лопаточного аппарата, кото­рый может быть аксиальным или тангенциальным). Конструк­ция горелки, определяющая параметры топочного процесса, не­посредственно влияет на образование оксидов азота в факеле.

В Российской Федерации большое распространение по­лучили газомазутные горелки дутьевого типа, выпускаемые, например, Перловским заводом энергетического оборудования (г. Мытищи, Московская обл.). Многие котлы типа ДКВр оборудованы горелками типа ГМГм (газомазутными горелка­ми) тепловой мощностью от 1,5 до 6 МВт. В табл. 1.5 приве­дены основные характеристики этих горелок, а также их габа­ритные размеры. Схема горелки показана на рис. 1.30.

Этот же завод выпускает газомазутные горелки типа ГМ (рис. 1.31). Такими горелками оснащены более современные кот­лы типа ДЕ(Е). Всего завод выпускает пять типоразмеров таких горелок: основные характеристики их применительно к сжига­нию природного газа приведены в табл. 1.6.
Таблица 1.5
Основные характеристики горелок типа ГМГм


Параметры

ГМГ-1,5м

ГМГ-2м

ГМГ-4м

ГМГ-5м

Номинальная тепловая мощ­ность, МВт

+0,16

1,57

–0,18

+ 11,17

1,74

–0,09

+0,23

2,33

–0,12

+0,47

4,65

–0,21

+0,58

5,82

–0,29

Коэффициент рабочего регу­лирования горелок, не менее

4

5

Аэродинамическое сопро­тивление горелки при номи­нальной мощности, Па

900

1200

Номинальное давление газа перед горелкой, Па

3800+760

5000±100

3600+720

3800±760

Диаметр D, мм

244

244

267

374

374

Длина L, мм

951

951

951

1188

1188


Наиболее крупные горелки этого типа предназначены для использования на следующих котлах:

ГМ-7 – на котле ДЕ-10-14ГМ;

ГМ-10 – на котле ДЕ-16-14ГМ;

ГМП-16 – на котле ДЕ-25-14ГМ.

В качестве запально-защитного устройства предусмот­рено использование ЗЗУ-4.


Рис. 1.30. Горелка ГМГм
На рисунке обозначено: 1 – корпус; 2 – паромеханическая форсунка; 3 – завихритель вторичного воздуха; 4 – лопасти завихрителя первичного воздуха; 5 – монтаж­ная плита; 6 – заглушка.


Рис. 1.31. Газомазутная горелка типа ГМ
На рисунке обозначено: 1 – форсунка; 2 – узелок захлопок; 3 – фланец; 4 – аппарат лопаточный; 5 – газовая часть; 6 – опора; 7 – место для установки фотодатчика; 8 – гляделка; 9 – место установки ЗЗУ.
Таблица 1.6

Основные характеристики горелок типа ГМ и ГМП


Параметры

ГМ-2,5

ГМ-4,5

ГМ-7

ГМ-10

ГМП-16

Номинальная тепловая мощность, MBт

2,9

5,22

8,12

11,16

18.86

Коэффициент рабочего ре­гулирования по мощности

5

5

7

10

10

Номинальное давление газа перед горелкой, кПа

25

25

25

25

25

Масса горелки, кг

105

130

150

150

150

Основные размеры:

Dly, мм

D, мм

L, мм

А, мм
















336

381

416

356

432

330

375

410

426

426

951

961

971

1022

990

685

770

885

885

885


Важнейшей особенностью горелок ГМ и ГМГ, так же как и более ранних горелок типов ГГВ и ГА, разработанных в Мосгазпроекте, является подводящий воздушный короб, в который подается обычно холодный (а при наличии воздухоподогрева­теля – горячий) воздух для горения. Изменяя положение на­правляющего аппарата дутьевого вентилятора или шиберов на воздушной линии, можно регулировать расход воздуха на го­релку.

Принципиально по-другому устроены горелки предвари­тельного смешения, в которых газ инжектирует весь необходи­мый для горения воздух из атмосферы. При этом не требуется дутьевой вентилятор, а главным элементом такой инжекционной горелки становится струйный аппарат для инжекции возду­ха (рис. 1.32).


Рис. 1.32. Инжекционная газовая горелка

с пластинча­тым стабилизатором (тип ИГК-300А)
На рисунке обозначено: 1 – патрубок для природного газа; 2 – распределительная камера; 3 – га­зовые сопла; 4 – конфузор; 5 – цилиндрическая камера; 6 – диффузор; 7 – воздухоприёмная камера; 8 – войлоч­ный глушитель; 9 – пакет металлических пластин для предотвращения проскока пламени.

Инжекционные горелки обладают свойством саморегу­лирования, т.е. соотношение топливо–воздух остается прибли­зительно постоянным при изменении давления газа во всем ра­бочем диапазоне в случае постоянства состава сжигаемого газа, температуры воздуха и разрежения в топке. В табл. 1.7 приведены некоторые характеристики инжекционных горелок Мосгазпроекта, которые встречаются на водогрейных и паро­вых котлах малой мощности.

Основным достоинством инжекционных горелок счита­ется отказ от дутьевого вентилятора. Но эта же особенность становится их главным недостатком, когда речь идет об эколо­гических характеристиках котельных установок. К сожалению, в литературе практически отсутствуют сведения о том, какие выбросы оксидов азота получаются при использовании инжек­ционных горелок и что можно сделать на таких котлах для со­блюдения существующих ограничений по допустимой концент­рации NOx в дымовых газах.

Все рассмотренные ранее горелки обеспечивают требуемое смесеобразование топлива с воздухом и создают вблизи устья горелки устойчивый фронт воспламенения выходящей из го­релки газовой смеси.

Таблица 1.7

Характеристика инжекционных горелок Мосгазпроекта

с прямой конфигурацией смесителя


Характеристика

11ГК-25

ИГК-60

ИГК-120

ИГК-170

ИГК-250

ИГК-300А

Диаметр сопла при сжига­нии природного газа, мм

4,3

7,1

9,0

10,8

13,2

4x9,0

Полная длина, мм

768

1104

1763

2130

2424

2200

Расход при­род­ного га­за, м3 /ч, при трёх давле­ниях газа, кгс/м2 (кПа)

р = 1000 (9,8)

8,2

21,5

37

55

76

144

р = 3000 (29,4)

14,6

36,7

64

88

133

255

р = 5000 (49,0)

18,2

47,4

83

123

172

332


В последние годы основным критерием для оценки каче­ства газовых горелок становятся их экологические характери­стики, а точнее – содержание оксидов азота NOx в продуктах сжигания газа. В этом плане более эффективными оказались газовые горелки некоторых зарубежных фирм, поставляющих отопительные котлы в Российскую Федерацию. В качестве при­мера можно привести полностью автоматизированные горелки типа РЗОМ, Р60М и Р72М на максимальный расход природного газа от 56 до 300 м3/ч. Горелками такого типа комплектуются котлы типа СА-200, СА 400, СА-600 и СА-1000 тепловой мощ­ностью от 65 до 1650 кВт. Производителем горелок и котлов являются фирмы ACV (Бельгия) и Wester Heating Co (Англия), а генеральным дистрибьютором в Российской Федерации фирма «Им­пульс-Холдинг». Самая мощная из этой серии горелок (Р72) имеет массу 155 кг и максимальный размер (длину) 1120 мм (рис. 1.33). Поставщик горелок гарантирует следующий состав дымовых газов: содержание СО2, – 10,2 %; О2 2,8 %; NOx – менее 73 ррт и СО – около 10 ррт.


Рис. 1.33. Габаритные размеры горелки Р72
Испытания, проведенные на российских предприятиях, оснащенных котлами СА-200 и СА-1000, подтвердили гаран­тийные цифры по содержанию токсичных компонентов в про­дуктах сгорания.

Жидкое топливо, несмотря на общую тенденцию к со­кращению его использования в энергетике, пока еще широко применяется в отопительных и промышленных котлах. Сгора­нию жидкого топлива предшествуют этапы тонкодисперсного распыления его на мелкие капли, прогрев и испарение этих капель, а затем – образование горючей смеси.

Скорость сгорания жидкого топлива определяется ско­ростью испарения, которое происходит на поверхности ка­пель. Следовательно, интенсивность распыливания жидкого топ­лива играет решающую роль в организации топочного процесса мазутных котлов.

Для распыливания жидкого топлива в промышленных котлах чаще всего используют механические форсунки, фор­сунки с паровым или воздушным распыливанием и паромеханические форсунки. Все они имеют определенные недостатки, которые особенно сказываются при сжигании низкосортных жидких топлив в котлах малой мощности. Механические фор­сунки требуют высокого давления и даже при этом условии не могут обеспечить широкий диапазон регулирования нагрузки.

Форсунки с паровым распиливанием требуют расхода пара, что трудно осуществить в котельной с водогрейными котлами. Пе­речисленные трудности легче преодолеть при использовании легких сортов мазута или дизельного топлива.

Ранее упоминавшаяся фирма ACV поставляет компак­тные котлы типа СА с полностью автоматизированными горелками для сжигания дизельного топлива. Горелки типа PG25M, PG60M, PG70M и PG80M рассчитаны на макси­мальный расход топлива от 44 до 226,7 л/ч (при теплоте сго­рания 40,6 МДж/л). Мощность этой серии горелок меняет­ся от 163 до 1570 кВт. Горелки обеспечивают надежную и экономичную работу котла при сжигании дизельного топлива.

По желанию заказчика на водогрейные котлы типа СА устанавливаются горелки типа ВМ, рассчитанные на сжигание мазута. Горелки оборудованы механическими форсунками с двумя ступенями подачи топлива. Например, самая маленькая горелка этой серии BM550L рассчитана на расход мазута от 19 до 53 кг/ч (тепловая мощность горелки – от 225 до 629 кВт). Масса горелки с комплектующими – 40 кг, габаритные разме­ры – 780x510x470 мм. Самая крупная горелка этой серии BM200L может обеспечить мощность до 2182 кВт при расхо­де мазута 184 кг/ч.

В 70-е и 80-е годы некоторое распространение в России получили ротационные форсунки, выпускаемые заводом «Ильмарине». Эти форсунки не нуждались в повышенном давлении мазута, однако сложность конструкции и шум в работе, кото­рые не удалось преодолеть конструкторам «Ильмарине», не по­зволили обеспечить широкое распространение этих форсунок в энергетике.

В последние годы на российском рынке появились но­вые ротационные форсунки, лишенные этих недостатков. Та­кие форсунки для промышленных и отопительных котлов мощ­ностью от 500 кВт до 45 МВт производит известная фирма ЗААКЕ (г. Бремен, Германия).

Основой жидкотопливных или комбинированных (ма­зут/газ) автоматизированных горелочных устройств ЗААКЕ является ротационная форсунка, с помощью которой мож­но сжигать любое жидкое котельное топливо, в том числе мазуты топочных марок 40 и 100, стабилизированную нефть, остатки тяжелых минеральных масел, гудроны, буроугольную и каменноугольную смолу, первичный деготь, битумы, остаточные фракции различного рода рафиниро­вания. Для ротационных форсунок ЗААКЕ характерны надеж­ность, экономичность и экологическая чистота, они не требуют тщательной фильтрации мазута.

В горелках с ротационной форсункой жидкое топли­во практически без давления подаётся в распылительный стакан, вращающийся со скоростью 6000 об/мин. Его спе­циальная форма и возникающие при вращении центробежные силы образуют из подведенного топлива тончайшую однородную неразрывную пленку, равномерно распределен­ную по внутренней поверхности стакана. При отрыве топ­ливной пленки от кромок стакана образуется предельно тонкая струя, удерживаемая силами поверхностного натяжения. Пер­вичный воздух под высоким давлением концентрически охва­тывает кромки стакана и обеспечивает тончайшее распыле­ние с узким однородным спектром (рис. 1.34).


Рис. 1.34. Схема горелки фирмы SААCK с ротаци­онной

форсункой для сжигания жидких топлив
Важную роль в процессе сжигания мазута играет подвод воздуха и его количественная регулировка. В горелках SААCK подаваемый воздух делится на первичный, вторичный и тре­тичный. Первичный воздух (25 %) выполняет задачу распыле­ния топлива, вторичный воздух (70 %) обеспечивает требуемое качество сжигания, третичный воздух (5 %) защищает враща­ющиеся лопатки от перегрева и препятствует отложению про­дуктов сгорания. Ступенчатый процесс сжигания является га­рантом низкого выброса вредных веществ в атмосферу. В области зоны первичного сжигания к корню факела поступают газы рециркуляции, обеспечивая тем самым низкое содержание NO в продуктах сгорания.

Направленное воздействие вторичного воздуха делает возможным окончательное догорание топлива. Воздух распыливания, как важный компонент горючей смеси, обусловливает ши­рокий диапазон регулирования со стабильно низким избытком воздуха.

Максимальная производительность таких форсунок – до 4000 кг/ч по мазуту. Горелки с ротационными форсун­ками обеспечивают широкий диапазон регулирования (1:10), причем избыток воздуха остается практически неизменным при снижении нагрузки до 20 % номинальной.

В отличие от механических форсунок, в горелках фирмы ЗААСК топливный насос необходим лишь для преодоления сопротивления трубопроводов и регулирующей арматуры, по­этому его давление может быть ограничено 3 кг/см2.

Ротационная форсунка допускает эксплуатацию на топ­ливе с высокой вязкостью, а следовательно – с низкой темпе­ратурой подогрева (80...90 °С). Даже при загрязненном топли­ве можно говорить о надежной эксплуатации, потому что в ротационной форсунке нет распылителя с малым диаметром отверстий. Распылительный стакан не требует большого ухо­да, так как его поверхность обработана по особому методу и обеспечивает надежную эксплуатацию в течение 10 лет. В го­релке предусмотрена возможность регулирования размеров факела в топочной камере для обеспечения ее равномерной тепловой нагрузки. Общий вид горелки фирмы SAACK с ротационной горелкой показан на рис. 1.35.

Для горелок с ротационной форсункой характерны быст­рая приспособляемость мощности горения к нагрузке, корот­кий период розжига, быстрый переход на топливо с другой теп­лотой сгорания, надежная автоматика защиты и регулирования. Топочный автомат обеспечивает своевременный запуск, 72-ча­совой режим работы котельного агрегата без надзора со сто­роны оператора, быстрое отключение горелки при возникновении нештатной ситуации. Специальный механический регулятор рас­хода топлива, установленный на топливном трубопроводе вне горелки, поддерживает оптимальное соотношение топливо – воздух во всем диапазоне нагрузок.

Срок эксплуатации горелок фирмы ЗААСК с ротационной фор­сункой не менее 30 лет. Увеличение срока службы достигну­то благодаря предпринятым конструктивным доработкам. Вме­сто обычного клинообразного ремня стал применяться специальный ремень, продолжительность эксплуатации кото­рого увеличилась в 10 раз. Увеличение расстояния между подшипниками решило проблему балансировки, ухода и износа. Ох­лаждение фотоэлемента в датчике факела увеличило продолжительность его работы в 4...5 раз. Горелки просты в об­служивании и отличаются легким доступом ко всем состав­ным частям.

Рис. 1.35. Общий вид малотоксичной горелки фирмы SAACK для сжигания

жидких топлив, включая тяжелый мазут, гудроны, битумы и т.д.
При факельном сжигании твердого топлива используют горелки разных конструкций. При сжигании торфа и бурых уг­лей с высоким выходом летучих веществ в прошлом часто использова­ли шахтно-мельничные топки, в которых аэросмесь подавалась в топочную камеру через открытую амбразуру. На рис. 1.36 в ка­честве примера показаны схемы горелочных устройств про­мышленных пылеугольных котлов, оборудованных молотковы­ми мельницами с шахтными (гравитационными) сепараторами.

В эксплуатации хорошо зарекомендовали себя схемы в) и г), которые используют при факельном сжигании высокореакци­онных твердых топлив и в настоящее время.



Рис. 1.36. Схемы горелочных устройств топок с молотковыми мельницами
На рисунке обозначено: а) топка с открытой амбразурой; б) амбразура с горизонтальным рассекателем; в) эжекционная амбразура; г) амбразура с плоскими параллельными струя­ми; д) вихревая горелка (1 – шахта; 2 – ам­бра­зура; 3 – сопла вторичного воздуха (верхние); 4 – сопла вторичного дутья (нижние); 5 – сопла вторичного воздуха; 6 – рассекатель; 7 – горелка; 8 – ввод вторичного воздуха).
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


Глава четвертая
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации