14.5.1. Спалювання твердого палива у факелі

Велике значення для роботи пилевугільних паленищ мають конструкції пальників. Пальник повинен забезпечувати хороше перемішування палива з повітрям, надійне запалювання аеросуміші, максимальне заповнення факелом камери топки та легко піддаватися регулюванню продуктивності у заданих границях.

У даний час для факельного спалювання твердого палива широке поширення отримали вихорові пальники із закрученими потоками аеросуміші та вторинного повітря і щілинні прямотечійні пальники.

В щілинних пальниках пилоповітряна суміш подається в паленище через вузькі щілини. Дальнобійність факела для такого введення аеросуміші в паленище значна. Ці пальники використовують для зустрічного або кутового встановлення в камері паленища.

Вихорові пальники дають факел невеликої довжини і встановлюються на фронтальній стіні камери паленища.

Різні схеми подачі аеросуміші та вторинного повітря в паленище показані на рис. 14.5.

На рис. 14.5(а) та (б) показані варіанти введення потоків аеросуміші та повітря в щілинні прямотечійні пальники. За умовами запалювання палива подача аеросуміші по периферії пальника раціональніша, ніж його подача центральним каналом, оскільки в останньому випадку прогрівання частинок палива до запалювання перешкоджає відносно холодний (порівняно з температурою в паленищі) шар вторинного повітря.

На рис. 14.5(в) в показана схема подачі аеросуміші та повітря в вихоровий пальник. Пилеповітряна суміш подається центральною трубою, а вторинне повітря – периферійним каналом. Встановлений розподілювач направляє прямотечійний потік аеросуміші в область, яка зайнята закрученим потоком вторинного повітря. Розподілювач є тілом, що погано обтікається газом, і за ним утворюється зона, куди рециркулюють розжарені продукти згоряння. Це сприяє стійкому запалюванню паливоповітряної суміші і хорошій стабілізації факелу.

Р ис. 14.5. Принципова схема пальників для спалювання пилевидного твердого

палива: а,б- прямотечійні пальники; в- вихоровий пальник; 1- вторинне повітря; 2- аеросуміш; 3- рециркуляція гарячих газів

На практиці часто використовується схема подачі аеросуміші та вторинного повітря закрученими потоками. В цьому випадку потреба у встановленні розподілювача відпадає, оскільки за такої організації руху потоків надійність запалювання та стабілізації факелу досягається внаслідок рециркуляції продуктів згоряння в зону розрідження.

14.5.2. Спалювання мазуту та газу в паленищах

Рідке паливо, яке спалюється в паленищах, підлягає попередньому розпилюванню з допомогою форсунки, яка є елементом пальника. Пальником у загальному випадку називають агрегат, який включає окрім форсунки апарат, який направляє потік повітря, пристрій запалювання та механізм управління.

Якісне спалювання рідкого палива обумовлюється тониною його розпилення. Для цієї цілі використовують форсунки, які окрім того забезпечують необхідний діапазон регулювання витрати палива та стійке спалювання суміші.

В залежності від способу розпилювання палива форсунки поділяються на чотири класи: механічні, парові, повітряні (пневматичні) та комбіновані. На рис. 14.6 показані принципові схеми форсунок.

Форсунки з механічним розпилюванням можна поділити на прямотечійні, відцентрові та ротаційні. В прямотечійних форсунках (рис. 14.6 а) подрібнення потоку палива на дрібні краплі проходить в процесі протискування його під значним тиском (1-2 МПа) через сопло малого діаметру.

Р ис. 14.6. Принципові схеми мазутних форсунок: 1-паливо; 2-повітря; 3-пара

У відцентрових форсунках (рис. 14.6б,в) паливо розпилюється під дією відцентрової сили, яка виникає під час закручування паливного потоку. Обертовий рух паливу надається шляхом тангенціального підведення його до вихорової камери форсунки (рис. 14.6б), або спеціальним завихрувачем, що встановлений на виході із форсунки (рис. 14.6в).

В ротаційних форсунках (рис. 14.6г) паливо подається всередину розпилюючого циліндра, який швидко обертається. Там воно розтікається під дією відцентрових сил, утворюючи тонку плівку. На вихідному краю циліндра тонка плівка підхоплюється потоком первинного повітря.

Парові та пневматичні форсунки можна об’єднати в один клас – форсунки з розпилюючим середовищем. В парових форсунках (рис. 14.6д) таким середовищем служить водяна пара із тиском 0,4-1,6 МПа. Мазут до форсунки подається під тиском 0,3-0,4 МПа. Чим більша швидкість потоку пари, тим більш тонко розпилюється паливо. У більшості форсунок досягається критична швидкість пари.

Парові форсунки за конструкцією простіші від механічних, але через більші витрати пари (0,3-0,35 кг пари/1 кг мазуту) та сильного шуму застосовуються в котлоагрегатах продуктивністю до 3,3 кг/с.

Пневматичні форсунки, в яких розпилюючим середовищем служить повітря, можна поділити на форсунки високого і низького тиску. До першої групи відносяться форсунки, в яких тиск повітря дуття становить 0,2-1 МПа і вище. (рис. 14.6д), до другої – форсунки, в яких тиск повітря дорівнює 0,002-0,009 МПа (рис. 14.6е).

У форсунках високого тиску повітря на розпилювання подається від компресора в кількості 10-15 % загальної його витрати. В форсунках низького тиску повітря подається вентилятором, і кількість його, яка подається на розпилювання, становить 40-100 % загальної витрати.

Порівнюючи переваги пневматичних форсунок високого та низького тиску, пріоритет варто надавати останнім. По-перше, вони забезпечують вищу якість розпилювання палива внаслідок великої питомої витрати повітря. По-друге, складаються сприятливі умови для спалювання в результаті інтенсифікації процесу сумішеутворення. Окрім того, для забезпечення роботи форсунки працюють низьконапірні паливні насоси та вентилятори, що призводить до пониження витрати енергії на електропривід. До недоліків пневматичних форсунок низького тиску слід віднести значні габарити, які зростають із збільшенням їх продуктивності.

На рис. 14.7 показані основні принципові схеми газових пальників.

В інжекційному пальнику (рис. 14.7а) газ, що витікає із сопла, ежектує (підсмоктує) повітря та перемішується з ним.

Газоповітряна суміш в інжекційному пальнику горить в насадці (тунелі) із вогнетривкого матеріалу, яка безпосередньо дотикає до пальника. Через високу температуру внутрішньої поверхні насадки горіння готової газоповітряної суміші протікає майже миттєво і завершується всередині насадки. За цією ознакою такі пальники отримали умовну назву безполум’яних.

Р ис. 14.7. Схеми пальників для спалювання газу: 1-газове сопло; 2-регулююча повітряна заслінка; 3-змішувач; 4-керамічна насадка; 5-лопатковий завихрувач; 6-газовий колектор; 7-обмуровка паленища; I-повітря; II-газ

Об’єм паливної камери, яка пристосована до безполум’яного спалювання газу, може бути значно зменшений, а вибираючи габарити камери, виходять не із необхідності забезпечити завершення в ній процесу горіння, а із умови отримання максимальної площі поверхні нагріву.

Витрата газу через пальник в залежності від його конструкції може змінюватись в широких межах– від 0,5 до 1000 м³/год та вище. Довжина насадки доходить до 1 м, швидкість газоповітряної суміші досягає 30-80 м/с. Інжекційні пальники встановлюють у котлах паропродуктивністю менше 2,75 кг/с (10 т/год). Важлива перевага пальників цього типу – відсутність вентиляторів для подачі повітря, що зменшує витрату електроенергії на обслуговування котлоагрегату.

Схема найпростішого пальника з примусовою подачею повітря показана на рис. 14.7б. В кільцевий простір між внутрішніми трубами подається газ, а в кільцевий простір між середньою та зовнішньою трубами подається повітря. Конструкцією передбачається завихрення газових та повітряних потоків. Газ запалюється через внутрішню трубу, через неї ж спостерігають за роботою пальника.

Газ перемішується з повітрям в амбразурі, яка розширюється, що влаштована в обмуровці топки.

Процес перемішування суттєво покращується, якщо газ подавати невеликими потоками, які витікають із дрібних отворів (рис. 14.8в). Повітряний потік закручується спеціальним завихрювачем. Перемішування газу з повітрям закінчується в межах амбразури.

Окрім власне газових пальників в деяких установках застосовують пальники для сумісного спалювання газу і мазуту або комбінованого спалювання низькокалорійного газу з пилевидним паливом і т.п. Конструкція пальників, які використовуються під котлами та в промислових печах, описані у спеціальній літературі.

.