книги из ГПНТБ / Эффективное использование газового топлива Сб. ст

200Х.

21

I

шей степени коэффициента теплоотдачи в конвективных поверхно­ стях нагрева.

Сделанные выводы поясняются также таблицами 1 и 2, в кото­ рых приведены результаты теплового расчета секционного котла

22

котле -между его радиационными и конвективными поверхностями нагрева.

В какой степени при этом компенсируется снижение коэффици­ ента прямой отдачи ростом тепловой нагрузки конвективных по­ верхностей нагрева, может установить только анализ экономично­ сти работы котла.

Независимо от режима сжигания газа потери тепла в ок­ ружающую среду и от химического недожога (газовая горелка предполагается достаточно совершенной) следует считать одинако­ выми. Тогда различие в к. п. д. будет определяться только потерями тепла с уходящими газами.

При достаточно развитых хвостовых конвективных поверхностях нагрева котла различные режимы сжигания газа можно считать практически равноэкономичнымиДля приведенных выше приме­ ров разница в к. п. д., определяемая режимом горения, составляет всего 0,3% для котла ДКВ 10-13 и 0,9% для котла Бабкок-Виль- кокс (недоиспользовано тепло уходящих газЗв).

При отсутствии хвостовых поверхностей нагрева экономичность диффузионного способа сжигания может стать выше кинети­ ческого.

Сравним диффузионный и кинетический режимы горения газа с точки зрения организации устойчивости газового факела.

Известно, что для организации устойчивой работы газового фа­ кела и экономичного сжигания газа необходимо поддерживать на выходе из топки температуру не ниже 950— 1050°С. При меньших температурах за счет-сильного охлаждения факела горение будет неполным. Видимым показателем неполноты горения служит по­ явление в структуре факела коптящих языков с красноватым от­ тенком. Из рассмотрения температурных кривых (рис. 2) следует, что нужный температурный режим при горении со светящимся пламенем можно обе’спечить лишь для нагрузок котла больше 13,5 м/час. При меньших нагрузках температура на выходе из топ­ ки будет ниже 950°С. Во избежание э4ого необходимо одновремен­ но с уменьшением нагрузки котла снижать и коэффициент прямой отдачи, то есть переходить от режима горения со светящимся фа­ келом к кинетическому режиму. На рис. 4 приведены расчетные кривые для того же котла ДК.В10-13, дающие зависимость темпера­ туры --аза на выходе из топки от степени черноты факела при рас­ четной степени экранирования ф = 0,6. Как видно, температура в топке, обеспечивающая стабильность газового факела, может быть достигнута для нагрузок котла ниже 13,5 т/час, если соответствен­ но уменьшить величину степени черноты факела.

При переводе котлов на газовое топливо для поддержания ус­ тойчивости факела иногда закрывают часть экранной поверхности нагрева, что не является рациональным.

Изменение условий теплопередачи в котле с пароперегревате­ лем после перехода на газовое топливо часто вызывает отклонение температуры перегретого пара от нормальной. Переход на газовое

23

твердом, усиливает эф­ фект понижения температуры перегретого пара.

При переводе котлов с мазута на газовое топливо температура перегрева, наоборот, возрастает на 15—20°. Причиной этого являет­ ся снижение теплоотдачи газового факела в топке по сравнению с мазутным (коэффициенты избытка воздуха для газа и мазута близки друг к другу). Повышение температуры тем значительнее, чем ближе горение газрвого топлива к кинетическому.

Необходимо заметить, что излучающие свойства газового факе­ ла зависят не только от состава газового топлива и способа его сжигания. Существенное влияние будут оказывать конструкция топки и поверхностей нагрева, размещенных до паро­ перегревателя, число и выбранная схема установки газовых го­ релок.

Ниже приводятся опытные данные, подтверждающие более ин­ тенсивное излучение светящегося газового факела по сравнению с факелом несветящимся.

вая ступень по ходу пара размещалась в топке в виде ширм, вторая ступень — в конвективной шахте. Между ступенями включен впры­ скивающий пароохладитель.

При переводе на газ в восемь щелевых пылеугольных горелок были вмонтированы газовые сопла таким образом, что образование газовоздушной смеси происходило внутри горелки. Газовый факел был полностью прозрачным. Температура перегретого пара после первой ступени при нагрузках котла более 160 т/час превышала

24

максимально допустимую температуру, равную 420°С, и при номи­ нальной нагрузке достигала 450°С (рис. 5, кривая 1).

Для удержания конечной температуры перегретого пара в до­ пустимых пределах 485—500°С пришлось почти в два раза уве­ личить расход воды на пароохладитель. Горелки были переделаны: газовые сопла удлинены и место образования газовоздушной смеси было перенесено к выходу из горелки, то есть режим горения газа

== !80 т/час, Р — 34 ати, гп.п.= 410°С, степень экранирования ф =0,6) были установлены газозые горелки с предварительным смешением газа и воздуха, создающие прозрачный факел. На котле не было

25

При любой нагрузке котла коэффициент избытка воздуха перед пароперегревателем составлял 1,3— 1,35. Потери тепла от химиче­ ской неполноты сгорания не превышали 0,5%. Температура уходя­ щих газов была снижена примерно на 10°С.

Горелки с регулируемой теплоотдачей факела

Тепловые и геометрические характеристики факела зависят от качества газовоздушной смеси и места ее образования (в горелке, на входе в амбразуру, в топке).

Известны конструкции горелок, позволяющие в процессе их экс­ плуатации менять условия смешения газа с воздухом и выброса смеси в топку.

Такие горелки называют горелками с регулируемой светимо­ стью, яркостью или длиной факела. Правильнее считать все горел­ ки такого рода — горелками с регулируемой теплоотдачей факела. Установка их обеспечит устойчивость и полноту горения газа при любой нагрузке котла и позволит, выбирая нужную теплоотдачу в топке, влиять на температуру перегрева пара.

С уменьшением нагрузки котла температура перегретого пара снижается, и для ее поддержания необходимо уменьшить тепло­ обмен в топке. Такое направление регулирования температуры пе­ регретого пара одновременно совпадает и с направлением регули­ рования устойчивости горения газового факела.

Во многих случаях окажется возможным отказаться от любой другой системы регулирования температуры перегретого пара, ко­ торая всегда менее экономична, чем регулирование с помощью го­ релок. Экономичность установки горелок с регулируемой теплоот­ дачей’ факела зависит от применявшейся системы регулирования температуры перегретого пара.

В случае, если регулирование пароохлаждением будет заменено регулированием теплоотдачей в топке, энергетический эффект бу­ дет равен:

где Д^2 '°— увеличение потерь тепла с уходящими газами за счет

повышения температуры уходящих газов, вызванного ра­ ботой пароохладителя;

Lq*— снижение потерь тепла с уходящими газами за счет уменьшения температуры уходящих газов, вызванного интенсификацией теплообмена в топке при организации более светящегося факела.

Еще часто повышение температуры перегретого пара достига­ ется за счет увеличения коэффициента избытка воздуха. В этом случае горелки с регулируемой теплоотдачей факела должны обес­ печить уменьшение интенсивности теплообмена в топке путем пере­ хода к менее светящемуся факелу.

Энергетический эффект будет равен:

26

860- W

■ГОО + Д0, — ±qH2 %,

где $q2— рост потерь тепла с уходящими газами за счет увеличе­ ния коэффициента избытка воздуха;

—рост потерь тепла с уходящими газами при работе горе­ лок с регулируемой теплоотдачей факела за счет увели­

чения температуры уходящих газов;

1 N — дополнительный расход энергии на дутьевые вентиляторы и дымососы, определяемый увеличением коэффициента избытка воздуха.

Представление о возможном диапазоне изменения температуры перегретого пара посредством горелок с регулируемой теплоотда­ чей факела могут дать вышеприведенные примеры. Для котла ЛМЗ среднего давления разница в температурах перегретого пара при переходе работы горелок с несветящегося факела на светя­ щийся составила при номинальной нагрузке около 30°С (см. рис. 6). В примере с котлом высокого давления такой переход привел к изменению температуры перегретого пара на 45—50°С (см. рис. 5). Эти опытные цифры хорошо совпадают с результатами теплового расчета котла Бабкок-Вилькокс (см. табл. 2).

В этом примере изменение температуры перегретого пара при переходе от светящегося факела к несветящемуся равно 30°С.

На Саратовской ТЭЦ № 2 была разработана горелка, дающая возможность перераспределять газовый поток между внешним и внутренним смешением с воздухом [6]. Эксплуатация котла, обо­ рудованного этими горелками, показала, что при таком перерас­ пределении газовых потоков температура перегретого пара меняется на 20°С.

Эффект изменения температуры перегретого пара сильно зави­ сит от конструкции котла: при прочих равных условиях этот эф­ фект тем значительнее, чем меньше размеры конвективных поверх­ ностей нагрева, размещенных до пароперегревателя.

Рассмотрим основные аэродинамические схемы и конструктив­ ные особенности горелок с регулируемой теплоотдачей факела.

Как правило, прозрачный факел создается за счет кинетическо­ го режима горения при хорошем смесеобразовании в пределах го­ релки. Сажистый светящийся факел в той же горелке может быть получен за счет выноса процесса смесеобразования за пределы корпуса горелки — в амбразуру или топку. Возможны любые про­ межуточные режимы.

В связи с этим, в горелках с регулируемой теплоотдачей факе­ ла должны быть отработаны три основных конструктивных эле­ мента;

а) узел диффузионного режима горения, позволяющий созда­ вать факел высокой светимости;

б) узел кинетического режима горения, позволяющий созда­ вать несветящийся факел;

27

в) узел перехода от диффузионного режима горения к кинети­ ческому, позволяющий создавать факелы различной светимости.

Рассмотрим различные приемы создания газового факела пе­ ременной теплоотдачи.

В качестве примера на рис. 7 приведена принципиальная схе-

Рис. 7. Принципиальная ^хема горелки с регулируемой теплоотдачей фа­ кела конструкции КТтИ с газораспределительным клапаном:

23

меру /, а затем через систему периферийных отверстий 3 — в сме­ ситель горелки. Образование смеси в пределах горелки обеспечи­ вает кинетическое сгорание ее в прозрачном факеле. При переме­ щении золотника справа налево поток газа разделяется на две части: одна часть, постепенно уменьшающаяся, направляется в ка­ меру 1, другая часть, постепенно' увеличивающаяся, — в ка­ меру

Вположении I весь газ попадает в камеру 2 и оттуда выдается

вамбразуру горелки через систему периферийных трубочек 4, то есть осуществляется внешнее смешение газа и воздуха, обусловли­ вающее диффузионный режим горения в сажистом факеле.

На рис. 7 буквами а й в отмечены сечения для прохода газа из корпуса 5 в камеры 1 и 2. Как видно, эти сечения, выполненные в

корпусе 5, не одинаковы.

При проходе газа в камеру 1 давление его снижается незначи­ тельно. Проход газа в камеру 2 через узкую щель сопровождается его дросселированием до низкого давления (100 кг/м2).

Сечения выдачи газа из горелки на диффузионный и кинети­ ческий режимы горения рассчитываются по скоростям, определяе­ мым соответственно низким и средним давлением газа.

В любом промежуточном положении золотника (например, в положении II) газ разделяется на два потока, и организуется диффузионно-кинетический режим сжигания газа с факелом проме­ жуточной интенсивности теплоотдачи. Газораспределительный кла­ пан рассчитан на поддержание постоянного расхода газа на горел­ ку при любом соотношении расходов газа на кинетический и диф­ фузионный режимы горения.

Газораспределительный клапан не является устройством для ре­ гулирования производительности горелки. Поэтому перед патруб­ ком 7 (рис. 7) должна быть установлена специальная регулировоч­ ная задвижка.

По рассмотренной схеме была выполнена и опробова,на горел­ ка производительностью 400 нм3/час попутного газа Мухановского

,месторождения. Воздух при температуре 200°С подавался в го­ релку тангенциально (степень крутки 0,6). Давление газа в каме­ ре 1 было равно 800 мм вод. ст. (соотношение динамических на­

поров 0,08), давление газа в камере 2 было равно 100 мм вод. ст. Визуальные наблюдения показали, что при переходе от диффузи­ онного режима к кинетическому происходит уменьшение длины факела и яркости свечения, но наибольшее свечение наблюдается не при чисто диффузионном режиме, а при диффузионно-кинети­ ческом, близком к диффузионному.

При последующем уменьшении расхода газа через периферий­

риферийные отверстия внутрь горелки факел становится про­ зрачным.

В настоящее время ведется дальнейшая опытно-промышленная

29

loJUL

ПоИ

j— р5“ /

33D _ .

■ь- /

l! ~=^

Рис. 8. Газораспределительный клапан с поворотным золотником:

7—полый поворотный золотник с вырезом на 180°: 2—корпус, где размещается золотник I; 3—корпус кинетической и диффузионных камер;