книги из ГПНТБ / Мейкляр, М. В. Паровые котлы электростанций [учеб. пособие]

Широко распространены форсунки с механическим распылением мазута. Завод «Ильмарине» изготовляет форсунки типа ЦКТИ; на электростанциях применяются и другие их конструкции. Во всех этих форсунках распы­ ляемое топливо проходит через завихритель, в котором его струе сообщается вихревое движение, а затем с боль­ шой скоростью выходит через небольшое отверстие в то­ почную камеру (рис. 8-1).

Для хорошего распыления необходимо, чтобы мазут поступал в форсунки с достаточно большим давлением

Рис. 8-1. Мазутная паромеханическая форсунка ТК.3-4.

а — схема; б — продольный разрез наконечника; / — подача мазута; 2 — пода­ ча пара или воздуха по кольцевому каналу; 3 — корпус наконечника; * — за­ вихритель; 5 —рассекатель.

(для большинства конструкций 20—35 кгс/см2). При сни­ жении нагрузки котла приходится либо допускать умень­ шение давления мазута перед форсунками, из-за чего ухудшается распыление топлива и соответственно воз­ растает потеря тепла от его неполного сгорания, либо выключать часть форсунок, оставляя, однако, подачу не­ большого количества воздуха через неработающие го-

130

релки во избежание обгорания ,их деталей, обращенных в сторону топки. Этот воздух почти не участвует в горе­

нии топлива; его наличие ухудшает экономические пока­ затели котла.

Более приспособлены к работе с переменной произво­ дительностью 'паромеханические форсунки, в головке ко­ торых происходит как механическое распыление жидко­ го топлива, так и его распыление струей пара, расход которого очень мал. Форсунки такого типа изготовляют­ ся в настоящее время для большинства новых мазутных котлов, устанавливаемых на электростанциях.

Жидкие и газообразные топлива могут настолько легко воспламеняться, что для их сжигания не требуется не только высокого подогрева воздуха, но и разделения его на первичный и вторичный. Воздух из горелки по­

чем облегчается воспламенение топлива. Как и в пыле­ угольных горелках, воздух завихряется либо в улиточ­ ном коробе, либо при прохождении через ряд наклонных лопаток (регистр).

У горелок большой производительности воздух по­ дается через два концентрических кольцевых канала

(рис. 8-2).

Сжигание мазута. При правильной работе горелок ма­ зут сгорает в топочном объеме полностью даже при ми­ нимальном избытке воздуха (коэффициенте избытка воздуха 1,02—1,04). Недожог возникает обычно вследст­ вие неравномерного распределения топлива и воздуха между горелками, из-за чего через отдельные горелки подается меньше воздуха, чем требуется для горения, а также при неудовлетворительном завихрении воздуха, плохом распылении мазута и т. п.

Равномерная раздача по горелкам топлива и воздуха затрудняется прежде всего из-за того, что их расход из­ меряют обычно со значительной погрешностью. Еще большие затруднения возникают при работе котла с пониженной нагрузкой, когда для сохранения расчетной скорости воздуха в действующих горелках приходится от­ ключать часть горелок и подавать в них немного возду­ ха во избежание их обгорания. Возможность беспере­ бойной работы с низкой нагрузкой является одним из основных преимуществ двухпоточных горелок, у которых

можно сохранять высокую скорость воздуха во внутрен­ нем из двух концентрических воздушных каналов.

При неполном сгорании мазута частицы сажи оседа­ ют на поверхностях нагрева, ухудшая передачу тепла. По мере возрастания толщины слоя сажи увеличивается

Рис. 8-2. Газомазутная горелка производительностью 4 т/ч по мазуту и 7 800 м3/ч по природному газу.

1, 2 и 3 — соответственно короб, завихривающие лопатки (регистр) и выходной кольцевой канал для периферийного воздуха; 4, 5 и 6 — те же элементы для внутреннего потока воздуха; 7 — кольцевой коллектор природного газа; 8 — отверстия для периферийной подачи природного газа (расчетная скорость выхода газа из отверстий 134 м/с); 9 и 10 — соответственно входная труба и кольцевой канал для центральной подачи природного газа (расчетная ско­

температура уходящих газов и соответственно снижается экономичность работы котла. Иногда приходится ограничивать его производительность.

Сажу вымывают при остановках котла струей воды, в которую добавляют щелочи для того, чтобы избежать образования кислоты (при соединении воды с находя­ щимися в саже окислами серы) и разъедания металла

1 3 2

этой кислотой. Воду с сажей удаляют через бункер под поверхностями нагрева (рис. 4-3).

Опаснее всего отложение сажи в воздухоподогревате­ ле. При сжигании сернистого мазута может возникнуть быстрая коррозия его труб или пластин. Еще более опасно воспламенение сажи, возникающее в том случае, когда после длительной работы с недостатком воздуха увеличивают его избыток. Тлеющая сажа при омывании воздухом загорается, и ее горение неоднократно приво­ дило к полному выходу из строя воздухоподогревателя и длительной остановке котла.

Котел типа ЦКТИ-75/39 производительностью 75 т/ч в течение почти 2 мес. работал на мазуте с нагрузкой 35—40 т/ч. Из дымовой трубы часто шел черный дым. При остановке котла был обнаружен налет сажи в экономайзере и коробе перед дымососом. Сжигание жидкого топлива рассматривалось как временное и наладкой топоч­ ного режима никто не занимался.

Однажды внезапно вышел из строя мазутный насос. Подача топ­ лива к форсункам прекратилась. Немедленно пустили другой насос, но в этот момент было обнаружено повышение уровня воды в бара­ бане, вследствие чего мазут решили не зажигать до установления нормального уровня. Дымосос и дутьевой вентилятор продолжали работать и занесенные сажей газоходы омывались чистым воздухом.

Через 2—3 мин появилась сильная вибрация дымососа и он не­ медленно был остановлен. Сразу же остановили дутьевой вентилятор. Но было уже поздно: через минуту заметили сильное покраснение обшивки воздухоподогревателя, которое быстро распространилось вниз, т. е. по ходу газов.

Линии пожаротушения на котле не было и бороться с зажига­ нием сажи было трудно. Пар стали подавать через полностью откры­ тые паровые вентили форсунок, а в дальнейшем — шлангами через отверстия взрывных клапанов. Для уменьшения естественной тяги плотно закрыли газовые шиберы.

Несмотря на принятые меры, горение сажи продолжалось в те­ чение 5 ч.

44а следующий день при вскрытии газоходов было обнаружено, что шесть кубов трубчатого воздухоподогревателя пришли в полную негодность, другие кубы были повреждены частично. Трубы были расплавлены, большое количество металла протекло через нижние трубные доски. Лопатки дымососа искривились. Ликвидация повреж­ дений потребовала длительного времени.

Все это произошло из-за невнимательного контроля за полнотой сгорания мазута в топочной камере. ,

Воспламенение мазутной сажи неоднократно проис­ ходило после остановки котла, когда при вентиляции га­ зоходов воздух омывал тлеющие отложения. Поэтому вентиляция газоходов после остановки котельного агре­ гата недопустима во всех случаях, когда в результате сжигания мазута отлагалась сажа в воздухоподогрева­ теле.

133

Неполное сгорание мазута может привести к повреж­ дению и труб пароперегревателя, на которых отложе­ ния сажи также иногда воспламеняются.

Котел ТП-80 производительностью 420 т/ч на 140 кгс/см2 рабо­ тал на донецком тощем угле При снижении нагрузки до 240 т/ч были включены мазутные форсунки для подсвечивания факела. Но при низком уровне мазута в нефтяном баке подача жидкого топлива происходила неравномерно, вследствие чего факел несколько раз погасал в обеих полутопках. Температура перегретого пара была чрезмерно высокой. Вскоре вахтенные рабопшки услышали харак­ терный шум струи выходившего пара, что свидетельствовало о раз­ рыве трубы в верхней части котла. Котел был немедленно оста­ новлен.

При осмотре левой полутопки оказалось, что трубы потолочной панели пароперегревателя почернели вследствие налипания на них большого количества несгоревшего мазута и его последующего вос­ пламенения. Часть труб при чрезмерном нагревании прогнулась вниз. Трубы ширм были покрыты слоем окалины; у многих труб был уве­ личен диаметр. Одна труба ширмы разорвалась.

Повреждение труб и аварийный останов котла произошли вслед­ ствие того, что было допущено сжигание мазута пульсировавшим и иногда коптившим пламенем.

Еще большие повреждения возможны, если при обры­ ве факела происходит распыление незагоревшегося ма­ зута в топочном объеме.

При растопке котла ПК-Ю паропроизводителыюстью 230 т/ч на 100 кгс/см2 внезапно отключились дымососы. Горение мазута прекра­ тилось, но форсунки не были немедленно отключены и продолжали распылять мазут в топочную камеру. Смесь воздуха и мельчайших капелек мазута воспламенилась от какой-то частицы сажи, тлевшей на стенке топки, и вспыхнула сразу в большом пространстве. Взрыв­ ные клапаны открылись, но сила взрыва (хлопка) была настолько большой, что были изогнуты колонны каркаса котла; топочные экра­ ны прогнулись в сторону обмуровки, барабан был перемещен по своей оси на 2 см и. даже верхняя часть экономайзера оказалась немного сдвинутой. Наибольшие разрушения возникли в обмуровке и обшивке топочной камеры. При этом гидравлическая плотность находившихся под давлением поверхностей нагрева не была на­ рушена.

При осмотре поврежденного котла оказалось, что каркас топоч­ ной камеры продолжал медленно изгибаться. Это могло привести к поломке основных колонн и к значительному увеличению размеров разрушения. Пришлось немедленно усилить каркас и, в частности, прикрепить его на высоте 16 м к колоннам здания котельной. Таковы были последствия невнимательности машиниста, не отключившего ма­ зут немедленно после прекращения горения в топке.

Газовый электрозапальник. Управление котлами боль­ шой производительности намного упрощается, если про­ изводится не вручную, а с помощью различных механиз­ мов и устройств. В частности, начальное воспламенение подаваемого в каждую горелку топлива можно осущест­

134

влять со щита управления энергетическим блоком, с по­ мощью газового электрозапальника.

Рабочая часть запальника Ильмарине—ТКЗ имеет вид горизонтальной трубки, расположенной в централь­ ном канале пылегазовой, мазутной или газомазутной го­ релки (рис. 7-6,6 и 8-2). Через эту трубку при включе­ нии запальника подается природный газ, который заса­ сывает необходимый для своего воспламенения воздух через отверстия в наконечнике запальника. Газовоздуш­ ная смесь воспламеняется от электрической искры, со­ здаваемой обычной автомобильной запальной свечой. Подача газа в запальник и включение запальной свечи производятся устройством, включаемым со щита управ­ ления энергоблоком.

То же устройство одновременно с включением за­ пальника обеспечивает автоматическое открытие клапа­ нов для подачи в горелку жидкого или газообразного топлива. Если топливо не воспламенилось (например, при повышенной влажности мазута), особое устройство автоматически выключает запальник.

8-2. Сжигание газообразных топлив

На рис. 2-3 видно, насколько различаются состав и теплота сгорания различных горючих газов. Различны должны быть и горелки для их сжигания.

Горелки доменного газа. Доменный газ сжигают лишь на ТЭЦ металлургических заводов. Как правило, в ко­ тельный цех поступает только излишек этого газа, гораз­

ляется другое топливо, чаще всего уголь.

Доменный газ всегда подается в топку через особые горелки, раздельно от других топлив. Рекомендуется присоединять горелки доменного газа к самой нижней части топки, поскольку это топливо сгорает медленно, длинным факелом. Ускорение горения достигается под­ свечиванием факела небольшим количеством коксового

газа.

Обычно применяются щелевые горелки, в которых вертикальные газовые щели чередуются с воздушными (рис. 8-3). Газообразное топливо перемешивается с воз­ духом внутри вертикальных шамотных амбразур, в ко­

J35

торых воспламеняется. Возврата горячих газов из цен­ тральной части топки не требуется.

Совместное сжигание доменного газа с твердым топ­ ливом затрудняется тем, что газ, воспламеняясь первым, поглощает часть кислорода воздуха, из-за чего затруд­ няется воспламенение угля. Кроме того, вследствие боль-

Рис. 8-3. Горелка доменного газа.

136

того содержания в доменном газе балласта температура

(для антрацита порядка 1550—1600°С). Охлаждение пылеугольного факела приводит к увеличению потери тепла от недожога угля до 15—20%- Наиболее целесо­ образно одни котлы в котельном цехе отапливать только доменным газом, а другие — только твердым топливом. Но не всегда раздельное сжигание обоих топлив воз­ можно в практических условиях, особенно при периоди­ ческих изменениях подачи доменного газа в котельную.

чем воздух, и разделенным на отдельные тонкие струи. Его дробление на тонкие струи осуществляется во всех конструкциях горелок для природного и нефтяного га­ зов. Как правило, газообразное топливо вводится в воз­ душный поток со скоростью, превышающей 70—100 м/с.

Природный и нефтяной газы являются обычно на электростанциях резервными топливами. В отличие от доменного газа, их вводят в топку не через отдельные, а через основные горелки, которые в зависимости от ви­ да основного топлива изготовляют пылегазовыми или газомазутными. Газ выходит из труб, направленных вдоль оси горелки (рис. 7-6,6), или из небольших отвер­ стий, расположенных вблизи выхода воздуха в топоч­ ную камеру (рис. 8-2).

Различают п е р и ф е р и й н у ю (с внешней стороны воздушного потока) и ц е н т р а л ь н у ю подачу газа. В крупных газомазутных горелках предусматривают ино­ гда оба способа подачи газа — центральную подачу срав­ нительно небольшого его количества в период растопки и периферийную подачу при работе котла с высокой на­ грузкой.

В пылегазовых горелках газообразное топливо по­ дается так, чтобы его горение могло происходить только за счет вторичного воздуха. Так, в пылегазовой горел­ ке, изображенной на рис. 7-6,6, природный газ направ­ ляется в топку по трубам малого диаметра, прилегаю­ щим к внутренней стенке кольцевого канала для вторич-

137

Hör6 воздуха. Газ выходит в топку из торцов этих тру­ бок, благодаря чему несколько увеличивается расстоя­ ние от места его воспламенения до металлических эле­ ментов горелок и удлиняется срок их работы до обгорания.

Как и при сжигании доменного газа, не рекомендует­ ся совместное сжигание угольной пыли или мазута с большим количеством газообразного топлива, посколь-

в периоды ремонта котла; 5 —разъемная линия подачи сжатого воздуха для

горелкой, обеспечивающие периферийную и центральную подачу газообраз­ ного топлива; 11 — горелка; 13 — свеча; 13 — линия подачи пара для продувки газопроводов; 14 — подача газа к горелкам на задней стене топки.

1 3 8

Рис. 8-5. Примерная схема газопроводов доменного газа вблизи котла.

/ — котел (показан с фронта); 2 — магистраль доменного газа, расположенная вдоль котельной; 3 — линия подачи доменного газа к котлу; 4 — задвижка; 5 — быстродействующая задвижка; 6 — регулирующий вентиль; 7 —свеча; 8 —

линия к водоотводчику (показана условным пунктиром); 9 — водоотводчик; 10 — расходомер; 11 — газовая горелка.

ку газ 'воспламеняется первым и горение мазута или угля происходит не в воздухе, а в продуктах сгорания газа, имеющих пониженное содержание кислорода. Все пылегазовые горелки рассчитаны на попеременное сжи­ гание твердого и газообразного топлив. Имеются газо­ мазутные горелки, в которых при работе на одном из двух видов топлива автоматически отключается подача второго.

Газопроводы котельного цеха. Все газообразные топ­ лива ядовиты, и даже ничтожное просачивание их в топ­ ку ремонтируемого котла, когда в ней работают люди, совершенно недопустимо. Поэтому на трубопроводе, под­ водящем газ к котлу, устанавливают не менее двух за­

139