книги из ГПНТБ / Гилод В.Я. Сжигание мазута в металлургических печах
.pdfтелей (/ и 2), а также осевого шибера 5. Установлено, что с увеличением интенсивности закрутки угол раскры тия факела увеличивается, а относительная длина его сокращается. Если при этом положение осевого шибера не изменяется, то коэффициент сопротивления на воз душном тракте горелки остается практически постоян ным. Открывание осевого шибера также приводит к уве личению угла раскрытия, но коэффициент аэродинамиче ского сопротивления горелки в этом случае уменьшает-
ся [132],.
Стабилизация |
факела |
|
||
В упоминавшейся выше газо-мазутной горелке фир |
||||
мы Babcock and |
Wilcox |
(см. рис. 62) для стабилизации |
||
факела использован |
своеобразный |
ввод газа — не толь |
||
ко периферийно, |
через |
кольцевой |
распределительный |
|
коллектор с крестообразным расположением газоподводящих трубок, но и центральным потоком, коаксиально по отношению к мазутной форсунке. Роль центрального потока газа заключается в следующем. Для стабилиза
ции |
факела, осуществляемой с |
помощью |
импел |
|
лера, |
.решающее |
значение имеет |
поддержание |
в ре |
циркуляционной |
зоне за стабилизатором определенной |
|||
концентрации газа: если эта концентрация слишком ма ла или велика, устойчивость пламени снижается. Ввод газа непосредственно в мертвую зону за стабилизатором обеспечивает поддержание в этой зоне оптимальных ус ловий стабилизации пламени. Такой способ подачи газо-
Рис. 63. 'Комбинированная горелка фирмы Weishaupt
образного топлива целесо образен во всех случаях,
когда по конструктивным соображениям выходные га зовые отверстия располага ются не перед, а после (по ходу газа) стабилизатора пламени.
Другой вариант взаим ного расположения выход ных газовых сопел и стаби-
лизатора |
пламени |
применен |
в комбинированной |
горелке |
|
фирмы |
Weishaupt |
(ФРГ) |
(рис. 63). В центре корпуса горелки 6 находится газовая камера 8, из которой газ через отверстия 4 выходит по направлению к стабилизатору пламени — подпорной шайбе 5. В зоне набегания газа на стабилизатор образу ется первичная горючая смесь с воздухом, поступающим по кольцевому сечению между корпусами горелки 6 и га зовой камеры 5. Равномерности состава смеси благопри ятствует вихреобразование с тыльной стороны подпор ной шайбы. Горючая смесь надежно воспламеняется за пальником 7 в мертвой зоне 2 за стабилизатором пла мени. Мазутная форсунка 1 устанавливается на оси го релки.
Хорошая стабилизация пламени благодаря интенси фикации смешения топлива с воздухом достигнута в го релках для природного газа и мазута, выпускаемых в ФРГ фирмой Schmitz und Apelt [136]. В отличие от го релок других конструкций эта горелка снабжена форкамерой, в которую заключено ядро факела. Форкамера защищает факел от неблагоприятных аэродинамических условий, могущих возникнуть в топке котла или рабо чем пространстве печи. Первичный воздух подвергает ся предварительной закрутке в лопаточном аппарате, пе рекрывающем все проходное сечение. Концентрично по отношению к налравляющему аппарату расположено кольцо газовых сопел, окружающее закрученный поток первичного воздуха. Благодаря рециркуляционным вих ревым потокам газ и первичный воздух образуют доста точно гомогенную смесь.
Вторичный воздух, омывающий снаружи металличе ские стенки форкамеры и эффективно охлаждающий их, вдувается в полость форкамеры поперечным потоком че рез многочисленные радиальные отверстая. При высоких выходных скоростях вторичного воздуха смесеобразова ние протекает чрезвычайно интенсивно. Следствием ра циональной организации газо-воздушных потоков явля ется способность горелок устойчиво работать со значи тельным недостатком воздуха, например в установках для производства защитного газа.
4. П Р О М Ы Ш Л Е Н Н Ы Е КОНСТРУКЦИИ ГАЗО-МАЗУТНЫХ ГОРЕЛОК
Центральным |
котло-турбинным |
институтом |
им. |
И. И. Ползунова |
(ЦКТИ, г. Ленинград) разработаны й |
||
серийно выпускаются таллинским заводом «Ильмарине»
6 Зак . 590 |
161 |
короткофакельные горелки типа ГІМГІБ (рис. 6 4 ) , пред назначенные для совместного или раздельного сжигания жидкого топлива и газа (природного, смешанного, гене раторного). В горелке применен лопаточный эавихри-
Воздушный І"* |
*1 |
Рис. 64. Газо-мазутная горелка ГМГБ теплопроизводительностыо 6,5 Мет (5,6 Г каліч):
1 — газораспределительный |
коллектор; |
2 — п е р е ж и м ; |
3 — выход |
||||||
ные |
газовые |
отверстия; |
4— |
стабилизатор |
пламени |
(импеллер); |
|||
5 — воздушный |
лопаточный |
завихритель: |
6 — газоподводящая |
||||||
магистраль; |
7— |
паромеханнческая |
форсунка; 8 — цилиндриче |
||||||
ский |
стакан; |
9 — центральное отверстие |
д л я |
воздуха; |
'" — крыш |
||||
|
|
|
ка |
корпуса |
горелки |
|
|
||
тель воздуха с профильными поворотными лопатками. Однако предусмотрена подача части воздуха централь ным потоком через отверстие 9 без предварительной закрутки. При сжигании газа стабилизатор пламени (им пеллер) отводится в крайнее заднее положение, выпол-
няя в это время роль шибера, |
перекрывающего отвер |
|||||
стие 9. Если горелка работает |
на мазуте, |
то |
дополни |
|||
тельное |
аэродинамическое |
сопротивление, |
вызванное |
|||
введением в воздушный поток импеллера, |
компенсирует |
|||||
ся открыванием отверстия 9 (стабилизатор в |
крайнем |
|||||
переднем положении). |
Турбулизация |
незакрученного |
||||
осевого |
потока воздуха |
осуществляется |
благодаря им |
|||
пеллеру. |
|
|
|
|
|
|
Для |
распыливания |
мазута |
|
применены |
паромехани- |
|
ческие форсунки с удельным расходом пара 0,02—0,03 кг
на 1 кг мазута |
при давлении топлива до |
1,96 Мн/м2 |
(20 ат). Кинематическая вязкость жидкого |
топлива пе |
|
ред форсункой |
не должна превышать 20 ест (3°ВУ). Га |
|
зораспределительное устройство / . выполнено в виде кольцевого коллектора с двумя рядами радиальных от
верстий. |
Расчетная глубина |
проникновения |
поперечных |
|||||
газовых |
струй в воздушный |
поток — до 50 мм при вы |
||||||
ходной скорости газа 60 |
м/сек. |
|
|
|
||||
•Показатели работы горелок ГМГБ двух типоразме |
||||||||
ров |
на жидком топливе |
(с низшей |
теплотой |
сгорания |
||||
Q 5 =38,5 Мдж/кг |
или 9200 ккал/кг) |
и |
на |
природном |
||||
газе |
(Q £ =35,5 |
Мдж/кг |
или 8500 |
ккал/м3) |
приведены |
|||
в табл. |
12 [137, 138]. Ряд типоразмеров |
горелок серии |
||||||
Рис. 65. |
Газо-мазутная горелка конструкции |
Ф. А. |
Липинского: |
|
о —общая |
схема; |
б — газовая насадка; в — механическая |
форсунка; / — |
|
•торичный |
воздух; |
2 —первичный воздух; 3 —газ; |
4 — мазутная форсун |
|
|
|
ка; 5 и 6 — завнхрнтели |
|
|
6* Зак. 590 |
|
|
|
J63 |
ГМГБ расширяется, охватывая диапазон теплопроизводителыгасти от 2,1 до Й3,3 Мет (1,8—SO Г кал/ч).
Газо-мазутные горелки конструкции Ф. А. Ливийско го (Башкирэнерто), как уже указывалось, имеют две воздушные магистрали: периферийную, -выполненную по прямоточной схеме, и центральную, снабженную лопа точным аппаратом (рис. 65). Установленные на оси ам бразуры механические форсунки рассчитаны на давле
ние |
мазута 3,4 Мн/м2 (35 ат) при температуре подогре |
ва |
его ПО—120°С. Газ выходит в амбразуру по кольце- |
|
Т а б л и ц а 12 |
Характеристики горелок ГМГБ при раздельном сжигании газообразного и жидкого типлива
Типоразмер
Эксплуатационные данные
Общие характеристики
Номинальная теплопроизводительность,
Мет (Гкал/ч)
Давление воздуха, кн/м2 (мм вод. ст.) Расход воздуха, м3/ч Потери тепла от химической неполноты
горения, |
% |
м |
|
|
|
Длина |
факела, |
|
|
||
Угол раскрытия |
факела, |
град |
. . . |
||
|
|
Работа на мазуте |
|
||
Давление мазута, Мн/м2(ат) |
. . . . |
||||
Расход |
мазута, |
кг/ч |
|
|
|
Давление |
пара, |
идущего |
на |
распыли |
|
вание, |
Мн/м2 (ат) |
|
|
||
Удельный .расход пара, кг на .1 кг ма
зута |
. |
|
|
|
|
Гарантируемый |
коэффициент |
расхода |
|||
воздуха |
а |
при номинальной |
|
производи |
|
тельности |
|
|
|
|
|
Диапазон |
регулирования при а = ' 1 Д б , % |
||||
Работа |
на природном |
|
газе |
||
Давление |
газа, кн/м2 (мм |
вод. ст.) |
|||
Расход газа, м3/ч |
|
|
|||
Гарантируемый |
коэффициент |
расхода |
|||
воздуха |
а |
при номинальной |
производи |
||
тельности |
|
|
|
|
|
Диапазон |
регулирования при сх = i l 5 , % |
||||
3,7 (3,2) |
6,5(5,6) |
|
0,39 (40) |
1,18(120) |
|
4000 |
7000 |
|
< 0 , 2 |
< 0 , 2 |
|
1,5 |
2—3 |
|
65 |
65—70 |
|
1,96 |
(20) |
1,96 (20) |
360 |
600 |
|
0,2—0,4 |
0,2—0,4 |
|
( 2 - 4 ) |
( 2 - 4 ) |
|
0,02—0,03 |
0,02—0,03 |
|
1,1 |
1,1 |
|
60—100 |
35—100 |
|
,67 (170) |
4,90 (500) |
|
400 |
660 |
|
1,05 |
1,05 |
|
20—100 |
10—100 |
|
вому каналу, заканчивающемуся расширяющимся соп лом. Перед входом в сопло газ подвергается закрутке в аксиальном лопаточном аппарате. Скорость выхода газа
из сопла 60—62 м/сек, давление |
газа |
перед |
горелкой |
||
4,9—5,9 кн/м2 |
(500—600 мм вод. ст.). |
Осевая |
скорость |
||
воздуха на выходе из центрального канала 40—50 |
м/сек, |
||||
из периферийного—55—65 м/сек. |
При |
теплопроизводи- |
|||
тельности горелки 6,4 Мет (5,5 Гкал/ч) |
сопротивление |
||||
воздушного |
тракта составляет |
2,45—3,44 кн/м2 |
(250— |
||
350 мм вод. ст.). Испытания горелки |
Ф. А. Липинского |
||||
на паровых котлах при сжигании |
сернистого мазута ма |
||||
рок 60 и 100 показали, что оптимальные значения коэффи циента расхода воздуха могут быть снижены до 1,015— 1,025. 6 этой области значений а потери тепла с хими ческой неполнотой сгорания практически отсутствуют,
однако при уменьшении а до 1,0 появляются в |
размере |
|
1,5% |
[139]. |
|
В |
разработанной Институтом газа АН УССР газо- |
|
мазутной горелке (рис. 66) поток воздуха также |
делится |
|
|
4 |
|
Рис. 66. Схема |
газо-мазутной горелки Института газа |
АН УССР: |
||
/ — запальное отверстие; 3 — ручка шибера; 3 — газовый коллектор; |
4 — |
|||
тангенциальный |
ввод воздуха; |
5 — цилиндрический канал |
горелки; |
5 — |
центральная труба; 7 — м |
а з у т н а я форсунка; 8 — о с е в о й |
шибер |
|
|
на два: тангенциальный и осевой (10.—25%). Перерас пределение воздуха между потоками дает возможность влиять на свойства факела. Так, с увеличением доли воз духа в осевом потоке длина факела возрастает. Газ по ступает в амбразуру из кольцевого коллектора с не-, сколькими рядами отверстий одинакового диаметра. Го-' рсУіху следует устанавливать в туннеле, имеющем фор му диффузора (угол раскрытия 30°) с цилиндрическим
участком, длина которого |
не превышает 0,2D |
(см. рис. |
66). Испытания*™ горелок |
в промышленных |
условиях |
установлено, что в топке может быть достигнут |
коэффи |
|
циент а—1,03—1,04 при отсутствии химического недо жога. Сопротивление тангенциального воздушного трак та не превышает 0,3 кн/м2 (30 мм вод. ст.), осевого — 0,1 кн/м2 (10 мм вод. ст.). В табл. 13 приведены основ ные размеры ряда газо-мазутных горелок Института га за [140].
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 13 |
||
|
Геометрические |
размеры газо-мазутных горелок |
|
|
||||||||
|
|
|
|
Института газа АН УССР |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
П р о и з в о д и т е л ь н о с ть по природному |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г а з у , |
м'/н |
|
|
Наименование |
(обозначения—рис. 66) |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
200 |
600 |
1000 |
1500 |
2000 |
3000 |
Диаметр |
амбразуры |
горелки |
D, |
|
|
|
|
|
||||
мм |
|
|
|
|
|
|
270 |
460 |
600 |
730 |
850 |
1070 |
Диаметр |
трубы |
для |
аксиального |
|
|
|
|
|
||||
ввода воздуха |
dB, мм . |
. . |
. 135 |
230 |
300 |
365 |
425 |
535 |
||||
Размеры |
патрубка |
для |
танген |
|
|
|
|
|
||||
циального |
ввода |
воздуха, |
мм: |
81 |
140 |
180 |
220 |
254 |
320 |
|||
а |
|
|
|
|
|
|
||||||
Ь |
|
|
|
|
|
|
350 |
600 |
780 |
950 |
1100 |
1390 |
Диаметр |
газовых сопел dc, |
мм |
2,5 |
4,5 |
5 |
7 |
8 |
10 |
||||
Количество |
газовых |
сопел |
в од- |
19 |
21 |
22 |
22 |
23 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|||||
Число рядов |
газовых сопел |
|
4 |
3 |
4 |
3 |
3 |
3 |
||||
Расстояние между |
рядами |
газо- |
33 |
40 |
46 |
52 |
63 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
24 |
|||||
В вихревой газо-мазутной горелке, созданной в Харь ковском филиале ЦКБ Главэнергоремонта совместно с рядом других организаций [141], закрутке подвергается как периферийный воздух, поступающий в горелку через улиточную систему с встроенным в ней лопаточным ап паратом, так и центральный поток воздуха, проходящий через аксиальный лопаточный завихритель. Вдоль оси горелки устанавливают механическую мазутную форсун ку. Газообразное топливо вводится так же, как и воздух, двумя способами — по кольцевому сечению, расположен ному вокруг форсунки, и через распределительный кол лектор с периферийным выходом газа в отверстия раз ных диаметров и сужающиеся сопловые наконечники,
Такого рода универсальная система, несмотря на слож ность, позволяет, благодаря различной дальнобойности газовых струй, обеспечить хорошее перемешивание воз духа с газом. При сжигании одного мазута газовая часть горелки надежно охлаждается воздухом.
Закрутка первичного (центрального) потока воздуха позволила избежать как проскока факела в воздухопро вод, так и отрыва фронта пламени при колебаниях рас хода воздуха. Необходимое давление воздуха перед го релкой— 1,6 кн/м2 (165 мм вод. ст.). Промышленные ис пытания горелок производительностью 2700—4500 кг/ч (по мазуту) или 3000—5000 м3/ч (по природному газу) дали хорошие результаты. Оптимальные значения коэф фициента расхода воздуха составляли: при сжигании мазута 1,03—1,04; при сжигании природного газа — 1,03.
В Волгоградском научно-исследовательском институ
те технологии машиностроения |
(ВНИИТмаш) разрабо |
||
тана серия газо-мазутных горелок марки |
КГМГ с аку |
||
стическим |
генератором вихревого типа |
(см. гл. I ) , со |
|
держащая |
восемь типоразмеров |
горелок |
производитель |
ностью по мазуту от 15 до 200 кг/ч. Горелки предназна чены для промышленных печей, в основном нагреватель ных и термических. Частота акустических колебаний, вы рабатываемых вихревым свистком, 3—6 кгц; мощность акустического поля 10 вт. Эксплуатационные параметры акустических газо-мазутных горелок: давление перед го
релкой |
мазута |
0,2—0,3 Мн/м2 |
(2—3 ат), природного га |
||||||
за 0,06 |
Мн/м2 |
(0,6 |
ат), компрессорного |
воздуха |
0,15-г |
||||
0,20 Мн/м2 |
(1,5—2,0 ат); удельный расход распылителя |
||||||||
(сжатого |
воздуха) |
1 кг на 1 кг мазута; |
диапазон |
регу |
|||||
лирования производительности |
1:5. |
|
|
|
|||||
За рубежом |
применяются |
комбинированные |
горелки, |
||||||
в которых для сжигания мазута используют |
форсунки |
||||||||
ротационного типа. Воздушный |
поток |
распределяется |
|||||||
обычным способом. Первичный воздух к кольцевому се чению, расположенному вокруг распылительной чаши, нагнетается осевым вентилятором, находящимся на од ном валу с чашей. Вторичный воздух, подвергающийся во многих конструкциях предварительной закрутке, по дается отдельным вентилятором и вводится через коль
цевое сечение в устье горелки. Газ чаще |
всего поступает |
в ту же зону через систему отверстий, |
выполненных в |
газораспределительном коллекторе. Значительно реже
встречается система подачи газа с помощью вентилято ра первичного воздуха. В этом случае при работе на ма
зуте вентилятор нагнетает воздух, а при |
переключении |
|
на другой вид топлива — газ. Вентилятор |
должен |
иметь |
необходимый запас мощности, чтобы при работе на |
газо- |
|
Рис. 67. Комбинированные горелки с ротационными форсун ками:
а — с |
индивидуальной |
подачей |
газа; |
б — с поочередной |
подачей |
газа |
||||||
и первичного |
воздуха: |
1 — ввод газа; |
2 — запальник; |
3 — выходные |
||||||||
газовые отверстия; |
4—распылительная |
|
чаша; |
5 — первичный |
воздух; |
|||||||
5 — огнеупорное |
кольцо; |
7 — вторичный |
воздух; |
8 — горелочный |
камень; |
|||||||
9 — воздушный |
регистр; |
10 — вентилятор |
первичного |
воздуха; |
11 |
— га |
||||||
зовый |
коллектор; |
12 — ввод воздуха; |
|
13—-шибер; |
14 — полый |
вал; |
||||||
|
|
|
|
15 — |
электродвигатель |
|
|
|
|
|||
образном топливе обеспечить расчетную теплопроизводительность горелки [135]. Возможные варианты конст руктивного выполнения горелок с ротационными форсун ками показаны на рис. 67.
Комбинированные горелки, комплектуемые с ротаци онными форсунками, отличаются характерной для по следних непритязательностью к свойствам жидкого топ лива. При кинематической вязкости топлива перед фор-
» сункой 60—70 ест (8—9°ВУ) ротационный |
способ распы |
|
ливания обеспечивает достаточно |
малые |
размеры ка |
пель топлива — от 20 до 150 мкм. |
Необходимое давление |
|
жидкого |
топлива 0,34 Мн/м2 (3,5 ат), |
газа —от |
30 до |
7,4 кн/м2 |
(0,35—0,08 ат). Могут сжигаться газы с тепло |
||
той сгорания 14,6 Мдж/м? (3500 ккал/м3) |
и выше |
[142]. |
|
Целесообразно в комбинированных горелках приме нять средства интенсификации сжигания жидкого топли-
Рис. 68. Газо-мазутиая горелка |
с |
распределенной |
подачей |
|||||
воздуха |
теплопроизводительностью |
23 Мет |
(20 |
Гкал/ч): |
||||
1 — корпус; |
3 — шибер; |
3 — корпус |
форсунки; 4 — газовая |
маги |
||||
страль; 5 — завихритель; |
6 |
— кольцевые |
щели д л я |
вторичного |
воз |
|||
д у х а ; 7 — с о п л а третичного |
воздуха; |
8 — э л е м е н т ы |
камеры |
газифи |
||||
|
|
|
кации |
|
|
|
|
|
ва (см. гл. I I I ) , позволяющие |
сблизить свойства |
пламен |
||||||
жидкого и газообразного топлив.
В газо-мазутной горелке, разработанной Южным от делением ОРГРЭС [143], применена распределенная по дача воздуха к факелу. Первичный воздух, подвергаясь
предварительной |
закрутке в |
лопаточном |
аппарате |
5 |
||
(рис. 68), поступает в осевом |
направлении в камеру |
га |
||||
зификации, состоящую из отдельных |
конических |
эле |
||||
ментов 8, в щели между которыми подается |
вторичный |
|||||
воздух. Третичный воздух вводится в факел через |
соп |
|||||
ловые отверстия |
7 в конце камеры |
тазификации. |
Ма |
|||
зутная форсунка располагается на оси и заканчивается соплом на входе в камеру газификации. Здесь же в ка меру выходит и газ, поступающий по кольцевому кана лу, расположенному вокруг корпуса форсунки. Камеру