книги из ГПНТБ / Ахмедов, Р. Б. Газ в народном хозяйстве Узбекистана

устройство, подобно газовому, с рычажной связью меж­ ду ними и распределительной воздушной заслонкой. По второму варианту — на блочную горелку устанавли­ вается одна угловая форсунка по оси горелки в отвер­ стии 6.

Регулирующие устройства горелки (заслонки) рас­ положены в зоне низких температур, просты по кон­ струкции и надежны в работе.

ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ МЕТОДОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОПОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПАРОГЕНЕРАТОРАХ

Для современной теплоэнергетики характерны сле­ дующие тенденции: увеличение единичной мощности энергосилового оборудования; переход на повышенные параметры пара; рост переменной части графика наг­ рузки энергосистем; блочная компоновка энергообору­ дования; совместно-раздельное сжигание в одной топ­ ке газа и мазута, связанное с буферным потреблением природного газа.

С ростом единичной мощности парогенераторов не­ избежно повышаются удельные тепловые нагрузки ра­ диационных поверхностей нагрева вследствие того, что увеличение последних отстает от роста объема топки. По этой причине при проектировании современных энерго­ блоков стремятся максимально расширить радиацион­ ные поверхности нагрева, используя двухсветные экраны

иувеличивая долю радиационных поверхностей нагрева.

Врезультате заметно повышается чувствительность ра­

бочих характеристик парогенераторов к изменению теп­ лообменных характеристик факела.

Переход на повышенные параметры пара приводит к заметному увеличению температуры металла поверх­ ностей нагрева. В этих условиях устранение высоких локальных тепловых нагрузок со стороны топки — не­ пременное условие надежной работы парогенераторов.

Рост переменной части графика нагрузки энерго­ систем предъявляет серьезные требования к расшире­ нию диапазона регулирования производительности

143

парогенераторов, к улучшению их маневренных характе­ ристик. Блочная компоновка энергооборудования ис­ ключает возможность регулирования нагрузки отклю­ чением отдельных парогенераторов.

Наиболее рациональный выход из положения — обеспечение широкого диапазона регулирования нагруз­ ки парогенераторов энергоблоков с возможностью их глубокой разгрузки.

Теплообменные характеристики факела при сжига­ нии газа и мазута различны. При переходе с одного ви­ да топлива на другой или на их смесь заметно изме­ няются основные рабочие характеристики парогенерато­ ров и температурный режим работы металла топочных поверхностей нагрева.

Обеспечение равномерного распределения темпера­ туры газов по ширине топки — одно из важнейших ус­ ловий устранения локальных тепловых перегрузок. Как показал опыт освоения парогенераторов типа ТГМ-94 (500 т/ч, 140 ати, 540/570°, из-за незначительной темпе­ ратурной неравномерности газов по ширине топки пото­ лочные пароперегреватели часто выходили из строя.

С повышением паропроизводительности парогене­ раторов особенно важно обеспечить равномерное рас­ пределение температуры газов по ширине топки. Сог­ ласно расчетным и проектным проработкам газомазут­ ных парогенераторов производительностью 2500 и 3900 т/ч, тепловые потоки в первом ряду ширм достигают 200—300 тыс. ккал/м2ч, а расчетные температуры и тол­ щина стенок труб приближаются к предельно допусти­ мым.

Изложенное объясняет причины серьезных ослож­ нений, наблюдаемых при эксплуатации современных па­ рогенераторов: снижение надежности из-за частого вы­ хода из строя элементов поверхностей нагрева, затруд­ нения с поддержанием стабильной температуры перегретого пара на выходе из основных и промежуточ­ ных пароперегревателей и уменьшение экономичности парогенераторов, работающих при переменных услови­ ях эксплуатации.

Регулирование топочных процессов необходимо так­ же и по другим соображениям.

Современные методы расчета теплообмена в топках парогенераторов носят полуэмпирический характер. Ес­

144

тественно, что точность расчетов как суммарного тепло­ обмена, так и локальных тепловых потоков недостаточ­ но высока. Это приводит при эксплуатации к заметным отклонениям от расчетных параметров. В результате мно­ го времени и средств затрачивается на последующую наладку парогенераторов. При эффективных средствах регулирования топочных процессов наладка парогене­ раторов значительно упрощается.

В области исследования, разработки методов и сред­ ств активного воздействия на топочные процессы в последние годы сложилось новое научное направление, которое получило название «регулирование топочных процессов». Оно включает в себя методы и средства, позволяющие независимо от нагрузки (в достаточно широких пределах ее изменения) или иных режимных параметров, а также от вида сжигаемого топлива под­ держивать основные рабочие характеристики пароге­ нераторов в заданных пределах при наиболее эконо­ мичном и надежном режиме. Регулирование топочных процессов сводится к созданию такого поля тепловых потоков в объеме топки, которое соответствовало бы наиболее экономичной и надежной работе при перемен­ ных условиях эксплуатации.

Все методы регулирования топочных процессов мож­ но разделить на аэродинамические, диффузионные, бай­ пасные, распределительные и карбюрационные. Рас­ смотрим вкратце каждый метод и средства его реализа­

мику топочных процессов. В результате изменяется по­ ложение высокотемпературного ядра факела, коэффи­ циент заполнения топочного объема факелом и, следо­ вательно, степень эффективного участия топочных по­ верхностей нагрева в теплообмене. Аэродинамические методы могут быть реализованы при помощи вихревых, поворотных и реверсивных горелок и при всех извест­ ных схемах компоновки горелочных устройств в топочной камере: фронтовой, встречной, угловой, подовой и др.

Ряд зарубежных котлостроительных фирм, напри­ мер, «Комбашен инжиниринг» (США), КСГ (ФРГ) ус­

Реверсивный завихритель воздуха с простым тангень циальным подводом типа РТС был рассмотрен ранее

(рис. 3).

Отличительная особенность реверсивного завихрите’-' ля типа РТС-2 (рис. 7) заключается в том, что изме­ нение направления вращения и регулирование интен­ сивности крутки воздушного потока производятся припомощи двух поворотных сегментных шиберов 2, уста­ новленных на. входном патрубке воздушного короба 1* и имеющих поворот в виде рычага 3.

Рис. 7. Горелочиое устройство типа РТС-П.

Завихритель работает следующим образом; при за­ данном направлении вращения воздушного потока из­ менением степени открытия одним из шиберов при дру­ гом закрытом регулируется интенсивность крутки в желаемых пределах. Для вращения потока в обратную сторону закрывается первый шибер, и степень крутки регулируется вторым. Интенсивность крутки и степень

открытия. Завихритель позволяет также получать пря­ моточный поток с различным коэффициентом турбули­ зации за счет изменения энергии соударяющихся струп, выходящих через сегментные шиберы.

Разработан также и ряд других типов реверсивных завихрителей.

Комбинированные реверсивные горелочные устрой­ ства, в которых применены эти регистры, внедрены бо­ лее чем на 30 ТЭС страны.

Д и ф ф у з и о н н ы е методы. При заданных аэро­ динамических характеристиках воздушного потока наи­

147

более характерные параметры факельнотопочных про­ цессов в значительной степени зависят от смешения топлива с воздухом. Метод регулирования факельно­ топочных процессов воздействием на качество смешения топлива с воздухом в устье горелочного устройства на­ зывается диффузионным. Диффузионные методы наи­ более удобны при сжигании газообразных топлив.

Существуют следующие способы подачи газа в объем воздушного потока: радиально-струйная, осевая, вихревая, струйно-вихревая, спутная кольцевая.

Известно, что изменением диаметра газовых отвер­ стий можно достичь сравнительно широкого диапазона регулирования процессов смесеобразования. На рис. 8 представлены некоторые схемы газовыдающих узлов горелок, работающих по этому принципу.

В схеме (рис. 8 а, б) перемещением или поворотом золотника 2 изменяется эквивалентный диаметр радиаль­ ных газовых отверстий 3 корпуса 1. Золотник может быть расположен также снаружи трубы.

Отличительной особенностью газовыдающего узла, представленного на рис. 8 (в), является использование газодинамического способа распределения газа в ра­ диально-осевом направлении перемещением плавно об­ текаемого дросселя 4, расположенного внутри цент­ ральной газовой трубы 1 с радиальными отверстиями 2

148

и осевым соплом 3. Сущность газодинамического способа распределения газа вытекает из анализа известного уравнения Бернулли.

В газовыдающем узле, представленном на рис. 9; газ поступает из периферийного коллектора, на выходе из которого установлен реверсивный регистр с поворот­ ными лопатками треугольного профиля для подачи га­ за в воздушный поток отдельными струями. Изменени­

Выбор той или иной схемы газовыдающего узла за-т висит от специфических требований, предъявляемых к горелочным устройствам. Диффузионные методы и'

топочных газов помимо первичного пароперегревателя,1 рециркуляция газов, а также перепуск части воздуха, необходимого для горения, помимо горелок в топку.

Одним из эффективных способов регулирования ло-г

тальные и эксплуатационные затраты на рециркуляцион-' ные дымососы, а также необходимость предотвращения обратного перетока газов по рециркуляционному трак­ ту из топки в конвективную шахту.

Для устранения этих недостатков в СредазНИИГазеразработаны байпасные методы, основанные на байпасировании части воздуха помимо горелок в топку. ■■■»

149

' Как известно, природный газ и мазут — высокореАкционные топлива. Процесс горения продуктов непол­ ного их сгорания может протекать во всем объеме топки*

части воздуха помимо горелок непосредственно в топку. Способ может быть широко применен в газомазутных

мый воздух может подаваться в нижнюю или верхнюю

отверстия на боковых стенках котла. Горелки располо­ жены на фронтовой его стенке. Фурменные боковые от­ верстия могут быть на уровне горелок или несколько ниже и рассчитываются таким образом, чтобы через йих можно было подавать до 35—40% воздуха от об­ щего расчетного количества.

1 Когда через боковые отверстия воздух не подается, холодная воронка заполнена высокотемпературными продуктами горения. При подаче части воздуха холод­ ная воронка заполняется смесью воздуха и продуктов горения, температура в ней заметно понижается. Эта смесь частично поглощает излучение высокотемпера­ турного ядра факела и частично теплоизолирует от не­ го экраны холодной воронки.

С другой стороны, на фронтовые горелки подается воздуха меньше расчетного его количества. В связи с этим процесс образования смеси можно разделить на две стадии. На первой стадии часть необходимого для горения воздуха смешивается с Топливом в горелках. Процесс смесеобразования завершается в топочном объеме. По мере затягивания процесса увеличивается химическая длина факела, а его высокотемпературное ядро перемещается в верхнюю часть топки.

Эти факторы совместно вызывают рост температу­ ры газов, покидающих топку, и соответственно темпе­

150

ратуры перегретого пара. Эффект будет тем сильнее, чем больше воздуха подается через боковое отверстие.

Таким образом, при этом методе теплообмен в топ­ ке регулируется за счет частичной теплоизоляции оп­ ределенной зоны экранов и изменения теплообменных и аэродинамических характеристик факела.

J

при котором достигается низкое значение а без потерь от химического недожога, зависит от следующих фак­ торов:

теплонапряжение топочного объема; чем оно ниже, тем больше время пребывания газа и воздуха в топке и, следовательно, для вторичного смесеобразования;

аэродинамики и способов улучшения ее и массообмена в объеме топочной камеры.

Успешное осуществление способа связано с интен­ сификацией масс-ообмена в топке. Для улучшения вто­ ричного смесеобразования байпасируемый воздух по­ ступает под острым углом к основному факелу. При расположении боковых отверстий ниже фронтовых го­ релок байпасируемый воздух необходимо подавать в зону вихревых токов факелов фронтовых горелок для зжекции воздуха вихрями и улучшения вторичного сме­ сеобразования.

151