книги из ГПНТБ / Волковыский Е.Г. Экономия топлива в котельных установках

Природный газ подготовлен к образованию смеси с воздухом для горения; однако при сжигании и такого топлива должна произойти предварительная высокотем­ пературная обработка сложных углеводородных моле­ кул, приводящая к их разложению. Так, молекулы ме­ тана начинают разрушаться при температуре, превы­ шающей 600°С, распадаясь на углерод и водород по схеме: С Н 4 ^ С + 2Н2.

Для полного сгорания газа необходимо: обеспечить тщательное смешение газа с воздухом;

осуществлять процесс горения с коэффициентом из­ бытка воздуха ат =1,10—1,15;

поддерживать в зоне горения высокую температуру. Нарушение этих условий может явиться причиной

значительных потерь тепла от химической неполноты сго­ рания.

Экономичное сжигание газа зависит от совершенства топочного устройства — конструкции горелок и топочной камеры, а также от режимных факторов.

Для котлов небольшой производительности с ограни­ ченным топочным объемом применяются главным обра­

конструкция этих горелок обеспечивает хорошее смеше­ ние газа с воздухом благодаря закрутке потока специ­ альным лопаточным устройством; горелки характеризу­ ются экономичностью, высокой производительностью, малыми габаритами, бесшумностью, возможностью регу­ лирования производительности в широких пределах, удобством сочетания с мазутной форсункой, что позво­ ляет обеспечить быстрый перевод с одного вида топлива на другой; горелки работают с незначительными потеря­ ми от химической неполноты сгорания при коэффициен­ те избытка воздуха ат =1,05—1,1 [Л. 47] и создают ко­ роткий факел;

70

и н ж е к ц и о н н ы е г о р е л к и с р е д н е г о д а в ­ л е н и я ; работа их протекает без принудительной подачи воздуха на горение; к их недостаткам относят трудность регулирования производительности в широких пределах, относительно высокий коэффициент избытка воздуха ат , особенно при нагрузках меньше номинальной, что сни­ жает их экономичность, наличие шума, большие разме­ ры при производительности более 100 м3/ч газа.

Характерной особенностью топок для сжигания газа является способ подвода воздуха для обеспечения хоро­ шего смешения его с газом. Если газовая горелка пра­ вильно подобрана и ее конструкция отвечает требовани­ ям высокой экономичности сжигания, то роль топочного объема сводится к завершению дожигания воспламенен­ ного, хорошо перемешанного с воздухом газа.

Одним из важнейших режимных факторов, обеспечи­ вающих экономичное сгорание газа, является налажен­ ность воздушного режима топки. При недостатке воздуха или неудовлетворительном смесеобразовании продукты сгорания метана могут содержать горючие газы, а имен­

метана. Эти явления неполноты сгорания могут происхо­ дить одновременно. При чрезмерном избытке воздуха часть тепла продуктов сгорания бесполезно расходуется на подогрев излишнего воздуха и вызывает рост потерь тепла с уходящими газами. При совершенстве топочного устройства и квалифицированном ведении процесса го­ рения на разных нагрузках потери тепла от химической

начинает выделять углерод, придающий пламени мут­ ный, желтоватый оттенок. Иногда потери тепла от хими­ ческой неполноты сгорания в большей степени обуслов­ лены содержанием в продуктах сгорания водорода и ме­ тана, чем окиси углерода. Поэтому контроль процесса горения газа визуально за прозрачностью продуктов сгорания является неполным.

Для экономичного сжигания газа необходимо: поддерживать содержание С 0 2 в продуктах сгорания

за котлом в соответствии с указаниями режимной карты в зависимости от нагрузки котла; нормальное содержа-

71

ние С 0 2 за котлом должно быть около 9,5% (00™™° =

= 11,8%); обеспечивать хорошее смесеобразование газа с воз­

духом для создания такого процесса горения, при кото­ ром факел получается коротким, прозрачным и несветя­ щимся, а топка заполнена раскаленными, прозрачными газами;

поддерживать в зоне горения высокую температуру для получения устойчивого и полного сгорания; для экранированных котлов с этой целью иногда уменьша­

при выполнении наладочных работ и приложены к ре­ жимной карте;

не допускать работы горелок с большим или мень­ шим давлением газа и воздуха, чем это предусмотрено режимной картой;

производить регулярно контроль горения при помо­ щи газоанализатора на С0 2 , 0 2 и СО, учитывая невоз­ можность визуально обнаружить неполноту сгорания газа; при пусковой наладке, а также при периодическом контроле эксплуатации целесообразно проводить полный анализ газов с применением газоанализаторов с дожига­

воздуха в топку и своевременно устранять эти присосы; контролировать регулярно исправность действия

устройств автоматики горения.

Топки для мазута. Для экономичного сжигания мазута прежде всего должны быть обеспечены его тонкое рас­

рючей массы топочных мазутов содержится 85—87% углерода и 10—12% водорода, химически связанных^ в виде углеводородов.

72

4

В мазутной горелке и топочной камере протекают ста­ дии распыления, подогрева и испарения, образования га­ зовой фазы, смешения ее с воздухом, воспламенения и сгорания продуктов газовой фазы.

Началом образования горючей смеси является мо­ мент, когда отдельные молекулы жидкости после пере­ хода в парообразное состояние, претерпев термическое разложение, начинают смешиваться с кислором воздуха. Однако для зажигания уже готовой горючей смеси необходимо еще одно важнейшее условие—про­ грев ее до температуры, достаточной для воспламе­ нения.

В процессе подогрева и термического разложения выделяются как простейшие, относительно легко сгораю­ щие углеводороды, так и тяжелые высокомолекулярные углеводороды и твердый сажистый углерод. При небла­ гоприятных условиях — недостаточно тонкое распыление, неудовлетворительное смесеобразование из-за недостатка воздуха или неудачной организации его ввода, низкая температура, недостаточный объем топочной камеры — трудно сжигаемые тяжелые углеводороды уходят из топ­ ки несгоревшими, вызывая потери тепла от химической неполноты сгорания, а образующийся сажистый углерод, обусловливающий потери от механической неполноты сгорания, уносится из топочной камеры или остается в ней в виде коксовых наростов.

При надлежащем подборе и хорошем состоянии ма­ зутных форсунок и регистров, правильном ведении то­ почного процесса на разных нагрузках, поддержании температуры (вязкости) мазута в рекомендуемых пре­ делах мазутные топки эксплуатируют с малым избытком воздуха (а т =1,10—1,15) и при небольшой потере от хи­ мической неполноты сгорания (<7з^0,5%).

Работа с малым избытком воздуха повышает эконо­ мичность котельного агрегата и за счет уменьшения по­ тери тепла с уходящими газами, однако при этом необ­ ходимо учитывать различную степень влияния изменения а т на потери Цг и Цг, о чем говорилось выше.

Особенно важно достигнуть экономичного сжигания при малом избытке воздуха высокосернистых мазутов. Отсутствие в продуктах сгорания избыточного кислорода препятствует окислению S0 2 в S03 и образованию серной кислоты, корродирующей металл поверхностей нагрева котла.

73

Быстрота и полнота сгорания мазута находятся в прямой зави­ симости от размера капель, т. е. от тонкости распыления. Так, при диаметре капли 60—80 мкм длительность выгорания мазута состав­

прежде всего необходимо стремиться к увеличению скорости испа­ рения, что достигается развитием поверхности испарения, т. е. улучшением тонкости распыления, которая улучшается при сниже­ нии вязкости мазута путем его подогрева и зависит также от кон­ структивного совершенства, точности изготовления, сборки и уста­ новки форсунки, а также ее эксплуатационного состояния в отно­ шении износа.

По расчетным данным механическое распыление при давлении

а также сильный шум, ухудшающий условия труда. Для котлов небольшой производительности дополнительным недостатком этих форсунок является то, что они дают длину факела в 4—5 м, не вписывающуюся в оптимальные размеры топочных камер.

Замена мазутных форсунок парового распыления на экономич­ ные паромеханические, низконапорные воздушные распыления, ро­ тационные или механические форсунки (см. табл. 3-2) является одним из важных мероприятий по экономии топлива.

Рекомендуемые величины условной вязкости мазута (ГОСТ 6258-62) для форсунок: механического или паромеханического распыления — 3—3,5° ВУ, низконапорных воздушного распыления — 5° ВУ парового распыления и ротационных — 6° ВУ.

Необходимая для снижения вязкости температура по­ догрева мазута, зависящая от его марки и типа форсун­ ки, может быть определена по номограмме (рис. 10-6). На этой номограмме указаны также величины предель­ ной вязкости мазута для форсунок разных типов. Сжи­ гание мазута при вязкости выше рекомендуемой не должно допускаться из-за снижения экономичности.

Наряду с высокой вязкостью мазута причиной не­ удовлетворительной работы форсунок механического и паромеханического распыления могут быть также чрез-

74

мерный износ проточной части, низкое качество изготов­ ления, неточная сборка и установка форсунки. Большие скорости мазута в проточной части перечисленных фор­

их своевременный ремонт. Распределительную шайбу и завихритель изготовляют из легированной стали марки ХВГ (ГОСТ 5950-63), поверхности контакта шайбы и завихрителя шлифуют, качество распыления отремонти­ рованной форсунки проверяют водой на стенде, который должен быть установлен в ремонтной мастерской. В ко­ тельной всегда должен находиться запасной комплект форсунок для возможности их быстрой замены.

При всем разнообразии типов горелок для сжигания мазута, отличающихся видом и параметрами энергоноси­ теля для распыления, а также конструктивными особен­ ностями, все горелки состоят из двух основных узлов — форсунки и воздухонаправляющего аппарата — регистра. Форсунки должны обеспечивать возможно более тонкое дробление и равномерное распределение частиц топлива в зоне горения. Регистры служат для создания завихрен­ ного потока воздуха, подводимого с большой скоростью к корню факела, способствующего интенсивному смеше­ нию с частицами топлива и подогреву образовавшейся смеси топочными газами, которые подсасываются вра­ щающимся полым конусом потока к корню факела и ускоряют подготовку и сгорание топлива (рис. 3-4). За­ крутка потока воздуха осуществляется при помощи ко­ сых (поворотных или неподвижных) лопаток, размещае­ мых в кольцевом канале регистра. В результате подсоса топочных газов в центральную часть вращающегося по­ лого конуса в центральной части потока возникает цир­ куляция высоконагретых продуктов сгорания, обеспечи­ вающих устойчивое поджигание вновь образующейся горючей смеси вблизи устья горелки. Количество продук­

75

В котельных установках небольшой производительно­ сти получили преимущественное распространение мазут­ ные горелки: с механическими мазутными форсунками конструкции ЦККБ; газомазутные типа ГМГ с паромеханическими мазутными форсунками конструкции ЦКТИ; низконапорные типа НГМГ с воздушным распы­ лением конструкции ЦКТИ; низконапорные типа ОЭН

Рис. 3-4. Схема закрутки факела двухзонной мазутной горелки воз­ душным потоком.

буемой в этих условиях глубиной регулирования в широ­

или при возможности выключения части горелок эконо­ мичными могут быть горелки с механическими форсун­ ками (количественное регулирование).

76

Для правильного ведения топочного процесса, отве­ чающего высокой экономичности сжигания мазута, не­ обходимо:

поддерживать температуру и давление мазута после регулирующего клапана, давление воздуха и содержание

темнением продуктов сгорания в устье трубы, что явля­ ется признаками химической неполноты сгорания; не до­ пускать ослепляюще белого цвета факела и его чрезмер­ ного укорачивания, свидетельствующих об избыточном количестве воздуха и возрастании потерь тепла с уходя­ щими газами;

добиваться равномерного заполнения всей топочной камеры факелом, не допуская при этом касания его кра­ ев амбразур, ударного действия факела на экранные трубы и обмуровку, вылета в трубный пучок; удалять наросты кокса с амбразур;

77

производить регулирование производительности горе­ лок изменением давления мазута и воздуха (качествен­ ное регулирование), пользуясь режимными характери­ стиками горелок, которые должны быть построены при выполнении наладочных работ и приложены к режимной карте. (Пример выполнения режимных характеристик для горелок ГМГ-2 и ГМГ-4 — см . рис. 3-5). При на­ грузках менее 70% номинальной для улучшения распы­ ления мазута в паромеханических форсунках подается пар с избыточным давлением 0,7—2 кгс/см2. Изменение нагрузки котлоагрегата рекомендуется производить ре­ гулированием производительности всех работающих го­

прочищать и своевременно заменять изношенные де­ тали форсунок и регистров исправными, соблюдая точ­ ность их сборки и установки;

следить тщательно за уплотнением мест возможного присоса избыточного воздуха в топку и устранять эти присосы; проверять после монтажа и ремонта направ­ ление закрутки потоков первичного и вторичного возду­ ха, которое должно быть одинаковым; в рядом установ­ ленных горелках закрутка потока должна быть проти­ воположной.

Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я

МЕРОПРИЯТИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ КОТЛОАГРЕГАТА

78