книги из ГПНТБ / Цирульников, Л. М. Защита газомазутных котлов от сернокислотной коррозии [монография]
.pdfотбраковку по расходной характеристике за счет повышения точности изготовления.
На ряде электростанций для распиливания мазута используются только эти форсунки. Опыт показал, что рабочая кампания составля ет 1—3 месяца, это превышает средний срок службы других форсунок той же производительности до 1 месяца. Обращает на себя внимание и низкая стоимость изготовления штампованных форсунок, которая составляет в условиях ремонтного предприятия 0,6 руб./шт. по срав нению с 2,6 руб./шт. форсунок ЦККБ. Естественно, при серийном из готовлении штампованных форсунок их стоимость будет еще ниже (Цирульников, Рыбаков, Королева, 1970; Цирульников, Королева, Рыбаков, Стужин, Tacc, 1971).
Представленные материалы позволяют рекомендовать штампован ные центробежные форсунки механического распыливания на электро станциях, особенно в тех случаях, когда высокосернистые мазуты сжи гают с малыми избытками воздуха.
ТОПОЧНО-ГОРЕЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ МАЗУТА C МАЛЫМИ ИЗБЫТКАМИ ВОЗДУХА
В промышленных условиях на 17 котлах паропроизводительностью 32—264 кг/сек. проведены первичная проверка и исследования горе лочных устройств, специально разработанных ЗиО, ТКЗ, БКЗ, ЦКТИ, ВТИ и СКВ ВТИ, ХФЦКБ и ВТИ, Ф. А. Липинским, Стерлитамак ской ТЭЦ для сжигания мазута и газа с малыми избытками воздуха Верховский, Красноселов, Машилов, Цирульников, 1970). Эти горелки имеют отра о ачную проточную часть, по которой воздух движется в двух кольцевых каналах, и относительно высокую производитель-
ость (oτ0,<3 до 2,3 кг/сек}. По сравнению с менее мощными они имеют следующие преимущества: повышенная стабильность рабочих харак теристик форсунок за счет облегчения температурного режима ме талла; более простые эксплуатация и ремонт горелочных устройств; облегченная автоматизация процесса горения, особенно при индиви дуальном регулировании соотношения топливо — воздух; уменьшен ная стоимость горелок, системы автоматики и котла в целом; упрощен ная наладка процесса горения в режиме сжигания с малыми избытками воздуха.
Следует отметить, что противники повышения единичной произ водительности горелок основываются на интенсификации сернокислот ной коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева при сжигании высокосернистого мазута в более мощных горелках. Так, А. К. Вну ков (1966) приводит результаты измерения температуры точки росы
в3 режимах работы пылеугольных котлов, переведенных на сжигание мазута: при 19—20 горелках производительностью 0,22 кг/сек, при
15 — 0,29 и при 12—13 — 0,38 кгісек.
При одних и тех же избытках воздуха температура точки росы была
впервом режиме на 5—15o C ниже, чем во втором, и на 20—30° C ниже, чем в третьем. Однако с учетом несовершенства измерения темпе
80
ратуры точки росы, подробно описанного А. К. Внуковым, а также малого абсолютного различия между производительностями горелок (— 0,1 кг/сек), рассмотренные данные вряд ли можно считать предста вительными. Надежных же подтверждении, например, результатов непосредственного измерения скорости коррозии ни один из сторонни ков ограничения производительности горелок не приводит
Большие сомнения высказывались о возможности обеспечения доста точно полного выгорания мазута, сжигаемого мощными горелками (Кузнецов, Лебедев, 1958).
ОбЬснование возможности эффективного сжигания мазута в мощных горелках следует искать в сопоставлении фактического времени пребы вания в топке наиболее крупных капель распыленного мазута со вре менем, необходимым для их полного сгорания.
Особенности сгорания одиночных капель крекинг-мазутов заклю чаются в том, что процесс выгорания жидкой фазы сопровождается формированием коксового остатка, поэтому суммарное время выгора ния мазутных капель может быть подразделено на время их воспла менения, выгорания жидкой фазы и выгорания коксового остатка.
По данным Б. Л. Жаркова (1962), время воспламенения мазутных капель диаметром 0,5—1,5 лж при сжигании их в потоке воздуха, нагретого до температуры 850° C и движущегося со скоростью около 3 м/сек, составляет 0,4 + 0,1 сек. Время выгорания жидкой фазы капель мазута, как и время исчезновения жидкой фазы полностью испаряю щихся топлив, согласно 3. И. Геллеру (1965), Б. Л. Жаркову (1962), Kobajasi (1955), изменяется пропорционально квадрату начального диаметра, причем по данным Ф. К. Велижева (1966), коэффициент пропорциональности для мазута близок к 2 сек/мм, а время выгора ния коксового остатка для мазутных капель диаметром 0,5—1,5 мм составляет 0,45 ± 0,05 сек. Поэтому время выгорания мазутных капель с точностью до + 0,15 сек. может быть записано как функция только квадоата диаметра.
Проведенные расчеты показали, что в современных топках с теп ловым напряжением объема до 290 κβm Mi время сгорания мазутных капель диаметром 0,5; 1,0 и 1,5 мм в первом приближении составляет соответственно 1,0; 1,6 и 2,5 сек.
Из данных, рассмотренных выше, следует, что при распиливании мазута форсунками производительностью 0,28; 1,94 и 2,78 кг/сек под давлением 15 бар максимальный диаметр капель составляет соответ ственно 1,5; 1,9 и 2,2 мм. Поскольку мазут распыливается в быстро движущийся воздушный поток, должно происходить дальнейшее измельчение капель путем их вторичного дробления. Согласно Μ. С. Волынскому (1948), этот эффект оказывается тем заметнее, чем больше размеры капель, вводимых в поток, и чем выше его скорость.
На основании результатов исследования Μ. С. Волынский полу чил критериальное уравнение и ввел понятие критерия вторичного дроб ления, который зависит от диаметра, поверхностного натяжения капли и относительной скорости ее движения. В момент начала раздвоения капли критерий вторичного дробления равен 10,7, а при полном дроб-
6 4-70 |
«1 |
лении критерий вторичного дробления не менее 14. Последний режим рассматривается Μ. С. Волынским (1948) как режим распыливания. Образующийся при этом спектр частиц тем мельче, чем больше крите рий вторичного дробления. Режим дробления сохраняется при всех значениях этого критерия свыше 14.
Физическая причина распада капли заключается в том, что дефор мация ее достигает критической фазы, соответствующей резкому изменению формы. Благодаря этому капля становится неустойчивой
солютная скорость воздуха при ско рости истечения мазута соответствен но 13, 20, 35 и 50 M ceκ.
относительно малых возмущений, в про цессе развития которых происходит рас пад ее на отдельные частицы. Указанные значения критерия вторичного дробле ния соответствуют значениям критиче ской фазы деформации на нижнем (10,7) и верхнем (14)' пределах устойчивости.
Из критериального уравнения Μ. С. Волынского можно определить критическое значение относительной скорости. Результаты расчетов, выпол ненных для капель мазута диаметром от 0,25 до 5 мм, для найденных значений относительной скорости позволяют оп ределить минимальную среднерасходную скорость воздушного потока, при кото рой происходит полное дробление капель заданного диаметра (рис. 35). В этих расчетах условно принято, что вектор скорости истечения мазута направлен под углом 45° к оси горелки, вектор среднерасходной скорости воздуха нап равлен вдоль той же оси, а его модуль
определяется как алгебраическая сумма модулей вектора относитель ной скорости и проекции вектора скорости истечения мазута на ось горелки.
Кривые изменения относительной скорости и минимальной средне расходной скорости воздуха в зависимости от диаметра капель анало гичны. Дробление крупных капель диаметром 1,5 мм и более следует ожидать уже при сравнительно малых скоростях, практически у лю бой горелки. Это может привести к тому, что при увеличении давле ния распыливания в области выше 15—18 бар, когда влияние давления на диаметр капель относительно мало, горение мазута может сущест венно ухудшиться, что замечено в процессе исследований котлов ПК-10 и ТГМ-84 при распиливании подогретых до НО—130o C мазутов MlOO и М200 форсунками производительностью 0,4—0,7 кг/сек. Диа метр капель при увеличении давления выше 20—22 бар изменялся от 1 до 2 мм, а скорость воздуха достигала 35—40 м/сек.. В|этих условиях ухудшался процесс горения, удлинялся факел и наблюдалось потем нение дыма. Очевидно, это объясняется необходимостью увеличения
82
значения минимальной среднерасходной скорости воздуха при повы шении давления распиливания, вызывающем переход от значений кри терия вторичного дробления более 14 к значениям менее 10,7.
В то же время следует иметь в виду, что не все капли заданного диа метра подвергаются дроблению, так как время их деформации может оказаться больше времени, необходимого для увлечения капли воздуш ным потоком.
При расчете времени пребывания капель в объеме топки необходимо учитывать, что нераздробленные относительно крупные капли, находясь в восходящем потоке газа, будут перемещаться в топке со скоростью, значительно меньшей скорости газового потока и равной разности между скоростью газового потока и равновесной скоростью витания капель. Это подтверждается результатами сопоставления равновесной скорости падения капель в газе соответствующего состава и тем пературы со скоростью движения продуктов сгорания мазута в топке. Следует заметить, что равновесная скорость падения капель может быть определена лишь приближенно, поскольку влияние тепло- и массообмена на коэффициент аэродинамического сопротивления движу щихся тел изучено недостаточно, известно лишь, что это влияние проявляется слабо (Jenkins, 1961).
По Д. Б. Сполдингу (1959), испарение жидкости с поверхности кап ли вызывает уменьшение коэффициента аэродинамического сопротив ления. Такое уменьшение для капель мазута будет частично компен сироваться увеличением их диаметра вследствие нагревания. Поэтому суммарный эффект воздействия процесса горения мазутных капель диаметром 1—2 мм на их коэффициент аэродинамического сопротив ления вряд ли может оказаться существенным. Как показали опыты D. С. Jenkins (1961), значения коэффициента аэродинамического со противления для капель и для шара совпадают, если значения критерия Рейнольдса не превышают 250—300.
При сопоставлении значений равновесной скорости для мазутных капель диаметром более 2 мм со скоростью газа в топочном объеме, близкой к 10 ÷ 15 м/сек, можно убедиться, что значения этих двух про тивоположно направленных скоростей оказываются весьма близкими. Это значит, что капли диаметром 2—3 мм практически не будут увле каться газовым потоком в направлении его поступательного движения. Если бы такие капли не выгорали, то время их пребывания в топке могло быть сколь угодно большим. В действительности же по мере выгорания крупные капли увлекаются газовым потоком и скорость их все время увеличивается, пока она, наконец, не приблизится к ско рости потока.
Следовательно, в современных малонапряженных мазутных топ ках обеспечивается необходимое соответствие между фактическим вре менем пребывания в топке крупных нераздробленных и не подвергших ся разрыву при сгорании капель мазута и временем, необходимым Для их полного сгорания.
Поскольку наиболее крупные капли мазута сосредотачиваются в наиболее высокотемпературной нижней части топки и обдуйаютсЙ
6* |
88 |
потоком газа с относительно большим содержанием избыточного кисло рода при критерии Рейнольдса 50—100, условия их воспламенения и выгорания более благоприятны, чем условия горения в лабораторных опытах (Kobajasi, 1955; Жарков, 1962). Поэтому фактические вре мена воспламенения и выгорания жидкой фазы таких капель в топке должны быть существенно ниже, чем указано Б. Л. Жарковым.
Условия выгорания коксового остатка крупных капель в топке будут, очевидно, менее благоприятными, чем в нагретом воздушном потоке, поэтому время выгорания коксового остатка в топке окажется больше. Однако не следует ожидать, что увеличение производительно сти горелочных устройств повлечет за собой существенное возрастание механического недожэга, так как разница времен сгорания капель различных размеров весьма мала (Жарков, Цирульников, 1967).
Вместе с тем данные С. С. Охотникова (1967) свидетельствуют о том. что выгорание капель мазута различных размеров носит неодинаковый характер. При диаметре капель не более 0,5 мм горение протекает с выделением в основном газообразных продуктов, а при диаметре капель более 0,8 мм выгорание сопровождается получением значительного количества остаточного кокса.
В связи с рассмотренными закономерностями вторичного дробления капель можно утверждать, что оно способствует переформированию спектра капель и переходу значительной доли крупных капель в бо лее мелкие. Эго значит, что при прочих равных условиях с увеличением скорости воздушного потока механический недожог должен снижаться,
а химический недожог, наоборот, |
возрастать. Это |
подтверждается |
|||
экспериментами на котле ТП-41 с двумя горелками Ф. |
А. Липинского |
||||
в условиях |
сжигания мазута с |
коэффициентом |
избытка воздуха |
||
1,03 (±0,01) |
(Цирульников, |
Красноселов, Карпов, |
Вязовой, Зай |
||
цев, 1967). |
|
дробление капель |
изменяет характер |
||
Таким образом, вторичное |
|||||
выгорания распыленного мазута, приближает факел к монодисперсному и способствует более полному сгоранию топлива. Кроме того, именно эффектом вторичного дробления капель в определенной степени могут быть объяснены низкие значения механического недожога при распи ливании мазута форсунками производительностью 1 —1,5 кг/сек. Хи мический недожог не должен быть значительным, так как интенсивное перемешивание паров крупных капель с газовоздушным потоком, дви жущимся со сравнительно высокой скоростью, обеспечивает возмож ность их быстрого сгорания в непосредственной близости от капель.
В то же время следует опасаться, что испарение некоторой доли крупных капель при малых избытках воздуха может происходить в тех зонах топки, где количество избыточного кислорода будет недоста точным для полного окисления выделяющихся паров. Эти зоны могут быть достаточно обширными, вследствие чего последующее перемеши вание образующегося в них избыточного горючего газа с газом, содер жащим избыточный кислород, будет затруднительным. Именно этим и объясняется то, что при использовании мощных горелок в большин стве случаев имеет место весьма неравномерное распределение газовых
концентрации в топочной камере и газоходах котла, в то время как при использовании большего количества горелок производитель ностью до 0,3—0,6 кг/сек указанная неравномерность существенно снижается.
Следует отметить, что определенная неравномерность распределе ния избыточного кислорода при малом числе горелок имеет место даже тогда, когда общая неравномерность распределения топлива и воздуха по горелкам сведена к минимуму, что осуществить тем легче, чем мень ше число горелок. По-видимому, влияние неравномерности распреде ления топлива и воздуха на неравномерность распределения избыточ ного кислорода и уровень топочных потерь заметно снижается при уменьшении числа горелок.
Можно сделать вывод, что если уменьшение неравномерности рас пределения топлива и воздуха при большом числе горелок непосред ственно вызывает выравнивание поля избыточного кислорода, то при малом числе горелок такое выравнивание наступает не Есегда. Рас смотренная неравномерность полей газового состава может и не вызы вать значительных топочных потерь благодаря совершенствованию конструкции и компоновки топочно-горелочных устройств, а также возрастанию гидравлического сопротивления и расходных скоростей воздушного потока при увеличении единичной производительности горелок (Верховский, Красноселов, Машилов, Цирульников, 1970).
Различие в степени увеличения скорости для высокопроизводитель ных горелок тем больше, чем менее совершенна конструкция проточ ной части воздухонаправляющего аппарата и чем более груб фракцион ный состав распыленного мазута. Выше отмечалось, что повышение ско рости подачи воздуха в топку усиливает процесс вторичного дробле ния капель, вследствие чего возрастают пульсации газового потока, способствующие интенсификации тепло-и массообмена между продук тами горения и горящими каплями, и увеличиваются температуры в зоне выгорания основной массы распыленного мазута. Действием этих факторов в значительной мере и обусловливается эффективность высо копроизводительных горелок, успешно применяемых в настоящее время для сжигания мазута с малыми избытками воздуха при тепло вом напряжении топочного объема до 290 квт!м\
Применение высоконапорных горелок увеличивает расход электро энергии на дутье, что не во всех случаях может быть оправдано. В ласт ности, из рассмотрения соответствия между временем пребывания ка пель в топке и временем, необходимым для сгорания, следует, что использование высоких напоров воздуха не обязательно для обеспе чения полного сгорания мазута с малыми избытками воздуха при теп ловом напряжении до 240—290 квт/м*. Действительно, конструкции горелок ХФЦКБ— ВТИ и Ф. А. Липинского различаются по сопро тивлению и скорости воздуха и в то же время характеризуются при мерно одинаковой эффективностью сжигания. Так, в горелках конст рукции Ф. А. Липинского производительностью 2,2 кгісек с сопротив лением 420 данім2 и горелках ХФКЦБ — ВТИ с сопротивлением около 150 данім2 можно сжигать мазут в топках котла ТП-230 с одинаковым
85
коэффициентом избытка воздуха 1,02—1,03 при суммарных топочных потерях не более 0,4%.
При рассмотрении условий формирования продуктов неполного горения мазута необходимо иметь в виду, что, согласно химической термодинамике, в выходном сечении топочной камеры, где температу ра 950 — 1150° С, и в последующих (по ходу газа) относительно низко температурных зонах должно устанавливаться равновесное состояние. Точный расчет равновесного состава газа по методике А. А. Введен ского (1949) выполнить весьма затруднительно, в связи с чем целесооб
разно воспользоваться приближенным |
методом, рекомендованным |
||
A/M. ГурвичемиЮ. X. Шауловым ( 1955). Этот метод сводится ксостав- |
|||
лению системы уравнений, выражающих закон |
сохранения вещества |
||
и закон равновесного состояния водяного пара. |
метода для |
мазута |
|
Расчеты, выполненные с помощью |
этого |
||
Б. Л. Жарковым, Μ. Г. Рождественской, |
Т. Б. |
Эфендиевым |
(1968), |
показывают, что в области температур газов не более 750° C содержа ние водорода в продуктах сгорания мазута должно быть не меньше, чем окиси углерода. В то же время данные А. К. Внукова (1966) свиде тельствуют о том, что в продуктах горения мазута отношение концен траций окиси углерода и водорода близко к 4.
Для детального анализа зависимости этого отношения от темпера туры газов Л. Μ. Цирульниковым (1968) подробно изучены многочис ленные данные, полученные с помощью методов газовой хроматогра фии и титрометрии в Башкирэнерго и других организациях. В резуль тате установлено, что при температуре газов 1500— 1600oC отношение концентраций окиси углерода и водорода близко к 5, а при 800o C — к 4. Снижение температуры газов ниже 400° C сопровождается умень шением указанного отношения до 2.
Приведенные значения — приближенные показатели некоторого среднего уровня этого отношения. Следовательно, между расчетными и фактическими отношениями окиси углерода и водорода имеется существенное различие, указывающее на то, что в проанализированных случаях сжигание мазута не сопровождалось установлением состоя ния термодинамического равновесия охлажденных газов. »
Следует отметить, что при сжигании и других видов топлива дымо вые газы не принимают равновесного состояния. Например, по данным Туна и Арклиса (1963), при сжигании авиационного керосина в каме ре сгорания зависимость указанного отношения от концентрации в про дуктах сгорания углекислого газа в зоне 1600o C существенно отли чается от теоретической зависимости, построенной на законах химичес кой термодинамики.
Другое подтверждение можно найти в области высокотемператур ной конверсии газообразных углеводородов. По данным Я. С. Ка зарновского, Б. Г. Овчаренко, В. П. Семенова (1962), при температуре газов 1400—1500° C и коэффициенте избытка воздуха 0,4 окисление углеводородов во всех случаях сопровождается значительным коли чеством остаточного метана, концентрация которого колебалась от 0,1
до 0.6%.
tS..
В. П. Семенов и Я. С. Казарновский (1960) обнаружили метан при таких же температурах в 32 случаях из 51; концентрация его зависела от коэффициента избытка воздуха: 0,1 % при коэффициенте избытка воз духа 0,608—0,618; 1,1-2,0% при 0,304—0,382 и 8,2% — при 0,224. Bto же время, по теоретическим данным (Введенский, 1949), метан должен отсутствовать уже при коэффициенте избытка воздуха 0,2— 0,4. Термодинамические расчеты (Альтшуллер и Клириков, 1964) рав новесного состояния показывают, что при температуре газов 1050o C тяжелые углеводороды практически исчезают при коэффициенте избыт ка воздуха 0,4, а метан — при 0,8. Снижение коэффициента избытка воздуха от 0,8 до 0,37 вызывает появление 0,001% метана.
Сопоставляя экспериментальные и теоретические данные, можно сделать вывод о том, что термодинамическое равновесие не устанав ливается даже при относительно простом составе газообразных угле водородов.
Некоторое снижение температур в пристеночных зонах мазутных топок, обусловленное присосами холодного воздуха через неплотные ограждения, может в еще большей степени затруднить использование результатов термодинамических расчетов при рассмотрении процесса горения мазута.
Выбор оптимальной производительности горелок для сжигания мазута с малыми избытками воздуха при умеренных напорах опреде ляется не только их техническими характеристиками, но и суммарным экономическим эффектом, связанным с применением этих горелок как на существующих, так и на проектируемых котлоагрегатах с повышен ными тепловыми напряжениями топочного объема.
Можно полагать, что при повышении теплового напряжения объема до 590 кет/м3 и соответствующем снижении времени пребывания ка пель в объеме топки роль возрастания скорости воздушного потока как фактора, способствующего достижению высокой полноты сгорания при малых избытках воздуха, станет особенно заметной. Вместе с тем, целый ряд данных свидетельствует о том, что при относительно неболь шой скорости воздуха повышение теплового напряжения топочного объема до 460—590 кет/M3 не приводит к существенному возрастанию топочных потерь при малых избытках воздуха, если средняя скорость газового потока в топке остается сравнительно небольшой.
Таким образом, на основании сопоставления результатов лабора торных исследований и анализа условий промышленного сжигания ма зутов можно прийти к выводу, что переход к мощным горелочным уст ройствам с форсунками большой производительности на энергетиче ских котлах с тепловым напряжением топочного объема до 290 квтім3 может быть осуществлен без резкого повышения затрат на дутье. Успех применения moπjh⅛ix горелок в топках с более высокими форсировками при сжигании мазута с малыми избытками воздуха зависит от степени реализации необходимого соответствия между организацией высоко скоростной подачи воздуха и характером подачи и распределения рас пыленного мазута.
Особое значение приобретает компоновочный фактор, с помощью
87
которого появляется возможность управлять габаритами факела и сте пенью заполнения им топочного объема.
Вопрос о том, как должны располагаться горелки и как должны развиваться в топке их факелы, обсуждается давно. До сих пор не выработано единого мнения. В частности, для двухкорпусных котлов ПК-41 блоков 300 МВт с тепловым напряжением объема 428 квтім3 принята встречная компоновка вихревых горелок ЗиО производитель ностью 1,25 кг/сек (Биман, 1963).
Данные, полученные при испытании мощных горелок, показывают, что встречная и угловая компоновки горелок в топках с тепловым на пряжением объема 267 кет/благоприятствуют практически полному сгоранию в режимах с малыми избытками воздуха даже при относитель но грубом распыливании мазута, умеренных напорах и выходных ско ростях воздуха (Енякин, Горбаненко, Дворецкий, Цирульников, 1968). Факел, как правило, концентрировался в центральной части топки, а в пристеночных областях, характеризуемых несколько
повышенными присосами холодного неорганизованного |
воздуха |
|
и относительно низкой температурой экранных труб, |
имелись лишь |
|
незначительные зоны горения, что мало отражалось |
на |
конечных |
результатах.
Весьма перспективной оказывается встречная компоновка пря моточных горелок. Ввиду того, что они недостаточно совершенны, труд но сравнительно эффективно организовать подготовительные сіадии процесса горения, в связи с чем мазут воспламеняется на значитель ном расстоянии от амбразуры. В этом случае функции горелокв опре деленной степени передаются топке, в центре которой Происходит удар двух встречных факелов, позволяющий сосредоточить процесс горения в высокотемпературном ядре (Енякин, Горбаненко, Дворец кий, Цирульников, 1968).
Как показал опыт, размерами ядра и всего видимого факела можно сравнительно легко управлять, главным образом, за счет изменения коэффициента избытка воздуха. Например, исследование котла БКЗ- 320-140ГМ с тепловым напряжением топочного объема 268 κem Ms и расстоянием в 5,5м между фронтовой и задней стенами, на которых было установлено по 4 прямоточных горелки производительностью око ло 1 кг/сек, показало, что видимый факел концентрируется в средней части топки, занимающей около 50% ее сечения, а длина его составля ет около 5 м при коэффициенте избытка воздуха 1,04—1,05 и 8 м — при 1,02—1,03 (Енякин, Горбаненко, Дворецкий, Цирульников, 1968). Эти результаты существенно разнятся от полученных на таком же по конструкции соседнем котле, отличающемся лишь тем, что на фрон товой и задней стенах его установлено встречно по 5 двухпоточных горелок конструкции БКЗ с закруткой 50%воздуха\ В данном случае процесс горения развивался в непосредственной близости от амбра зур горелок и удара факелов отдельных горелок не наблюдалось. Роль топки в таких условиях сводилась в основном к дожиганию топочных потерь, протекавшему, кстати, недостаточно интенсивно, вследствие чего длина факела достигла 20 м при коэффициенте избытка воздуха
1,05—1,10, а работа котла с коэффициентом избытка воздуха менее 1,05 оказалась чрезвычайно затруднительной (Верховский, Kpacноселов, Машилов, Цирульников, 1970).
Однако на современных газомазутных котлах некоторых типов, например ТГМ-84, невозможно встречное или угловое расположение горелок, что определяется двухсветным экраном, а также малым рассто янием между топкой и конвективной шахтой, поэтому горелки устанав ливаются только на фронтовой стене. Исследования показали, что та кая компоновка серьезно отражается на развитии и выгорании факела, что создает значительно худшие условия для процесса горения мазута, чем при встречном и угловом размещении горелок. В результате этого оптимальное по условиям горения значение коэффициента избытка воздуха существенно возрастает. Так, если для котлов ТП-230 и ПК-10
с горелкам і Ф. А. |
Липинского оптимальный коэффициент избытка |
||
воздуха составляет |
1,02—1,03, то для котлов |
ТГМ-84 |
с такими же |
горелками — 1,08. |
Систематически наблюдался |
прямой |
направлен |
ный удар факела в задний экран. Подобные трудности возникли и на других котлах с однофронтовой компоновкой мощных горелок (Горбаненко и др., 1967; Цирульников, Красноселов, Карпов, Вязовой, Фомина, 1968).
Поданным ТЭП и других организаций, однофронтовая компоновка горелок позволяет более экономично размещать блочное оборудование на газомазутных электростанциях (Жилин, 1961). Некоторые зарубеж ные авторы отмечают также максимальные удобства для обслуживания мазутных котлов с однсфронтовой компоновкой горелок (Glissler, 1962). Следует добавить, что однофронтовая компоновка имеет неоспо римые преимущества из-за противопожарной безопасности эксплуа тации. Все это свидетельствует о перспективности применения котлов с однофронтовой компоновкой горелок.
Конечно, наиболее целесообразно использовать горелки, формирую щие относительно короткий факел, недостигающий ограждений топоч ной камеры. Для этого необходимо располагать данными о форме и раз мерах мазутного факела при самых различных условиях. Именно в этом направлении ведутся исследования в некоторых зарубежных фирмах, в частности в ФРГ (7Λeichner, Prellwitz, 1966).
Если бы такой подход был применен и на отечественных котло строительных заводах, смело идущих на увеличение единичной произ водительности горелок и уменьшение их количества как на необходи мое условие эффективного сжигания мазута с малыми избытками воз духа, то стало бы очевидным, что однофронтовая компоновка мощных горелок неприемлема для относительно неглубоких топок. Например, при горизонтальной однофронтовой компоновке горелок на котлах ТГМ-84 и ТГМ-151, имеющих глубину топки около 6 м, длина горизон тального (или наклонного) участка факела не должна быть больше глу бины топки, так как в противном случае становится неизбежным удар факела в задний экран, что приводит не только к упоминавшемуся сни жению надежности, но в ряде случаев и к «замораживанию» реакций го рения в той части факела, которая стелется вдоль относительно холод-