ПОСОБИЕ по ФХОГТ

44

Рис.4.3. Схемы топочных камер с одним (а) и двумя (б) двусветными экранами.

1 – настенный экран; 2 – двусветный экран.

Спомощью двусветного экрана можно заметно снизить высоту топки и

ееобъем, приблизив их к минимально допустимым значениям. Так, для котла энергоблока 300 МВт при расчетной температуре т =1150°С и сжигании ан-

трацита сравнение топочных камер без двусветного экрана и с одним двусветным экраном приведено в табл.4.1.

Исходя из оптимального соотношения радиационного и конвективного теплообмена в поверхностях котла, выгодно выдерживать температуру газов на выходе из топки около 1250 °С. Однако для большинства твердых топлив этого невозможно достигнуть, поскольку температура газов перед конвективными поверхностями на выходе из топки не должна превышать температуры начала деформации золы. Обычно при наличии разреженных поверхностей нагрева на выходе из топки в виде ширм температуру т принимают в диапазоне 1100–1200 °С, а для ряда топлив с повышенной склонностью к шлакованию снижают до 1000–1050 °С.

45

Таблица 4.1. Влияние двусветного экрана на размеры топочной камеры

4.2.Горелочные устройства и их размещение

Необходимая интенсивность горения и полнота выгорания пылевидного топлива в топочном объеме достигаются правильной организацией подачи и последующим смешением топлива (аэропыли) с вторичным воздухом, что обеспечивается горелочными устройствами, называемыми в дальнейшем горелками. В горелках не происходит воспламенения топлива. Их задача состоит в том, чтобы подготовить два самостоятельных потока– пылевоздушную смесь и вторичный воздух – к воспламенению топлива и активному горению в топке. Для этого необходимо обеспечить подсос топочных газов в свежую струю аэропыли для ее прогрева и своевременное смешение воспламенившегося топлива с остальной частью вторичного воздуха. С этой целью потоки горячего воздуха и аэропыли вводят в топочный объем с различными скоростями и с разной степенью крутки.

Различают два основных типа горелок: вихревые и прямоточные. Через вихревые горелки пылевоздушная смесь и вторичный воздух подаются в виде закрученных струй, образующих в топочном объеме конусообразно расходящийся факел. Такие горелки выполняются круглыми в сечении. Прямоточные горелки подают в топку чаще всего параллельные струи аэропыли и вторичного воздуха. Перемешивание струй определяется главным образом взаимным расположением горелок на стенах топки и созданием необходимой аэродинамики струй в объеме топки. Эти горелки могут быть круглого или прямоугольного сечения.

4.2.1.Вихревые горелки

Вихревые горелки выполняют следующих видов: двухулиточные с закручиванием аэропыли и вторичного воздуха в улиточном аппарате (рис.4.4,а); прямоточно–улиточные, в которых аэропыль подается по прямо-

47

пылевоздушной смеси в топку; 4 – то же для вторичного воздуха; 5 – основная мазутная форсунка; 5 – растопочная мазутная форсунка; 6 – рассекатель на выходе пылевоздушной смеси; 7 – завихривающие лопатки для вторичного воздуха; 8 – подвод третичного воздуха по осевому каналу; 9 – управление положением рассекателя; 10 – завихритель осевого потока воздуха; Ц – обмуровка топки; АБ – граница воспламенения пылевоздушной смеси; В – подсос топочных газов к корню факела.

Горелки этого типа имеют производительность от I до 3,8 кг условного топлива/с, что, определяет их тепловую мощность от 25 до 100 МВт. Наиболее распространены двухулиточные и улиточно–лопаточные горелки, последние бывают большой тепловой мощности (75–100 МВт). Основным показателем аэродинамической характеристики горелки с закручивающим аппаратом является параметр крутки п. Его значения для промышленных горелок находятся в пределах 1,5–5, большие значения (п = 3–5) относятся к закручиванию потока вторичного воздуха.

С увеличением степени крутки потока увеличивается угол раскрытия струи и расширяются ее границы, увеличиваются размеры зоны рециркуляции газов к устью факела, что обеспечивает более быстрый погрев и воспламенение топлива. Горелки с повышенным значением параметра п используют при сжигании малореакционных, трудно воспламеняющихся топлив (с относительно низким выходом летучих веществ). Лопаточный завихривающий аппарат может быть выполнен поворотным, что позволяет производить оптимальную настройку аэродинамики горелки.

Из применяемых конструкций завихрителей меньшее сопротивление при одинаковой степени крутки имеет аксиальный аппарат с профилированными лопатками, поэтому он широко 'применяется на новых мощных горелках для закручивания вторичного воздуха и потока аэропыли. Горелки с рассекателем (по типу рис. 4.4,6) не обладают высокой турбулентностью и большим углом раскрытия потока аэропыли и применяются в ряде случаев для топлива с большим выходом летучих веществ, однако работа рассекателя в условиях интенсивного радиационного теплового излучения из ядра факела не надежна.

На полноту сгорания топлива сильное влияние оказывает соотношение аксиальных скоростей первичного и вторичного потоков воздуха в горелке.

Скорость первичного потока (аэропыли) обычно составляет ω1 = 4…25 м/с. Более высокие скорости характерны для мощных горелок. Оптимальная ско-

рость вторичного воздуха составляет ω2 = (1,3…1,4) ω1.

Вихревые горелки универсальны и применимы для любого твердого топлива, но наибольшее распространение они получили при сжигании топ-

48

лив с малым выходом летучих. Горелки повышенной тепловой мощности выполняют с двумя регулируемыми коаксиальными каналами по вторичному воздуху (см. рис. 4.4,б), что обеспечивает сохранение необходимых скоростей воздуха при работе на пониженных нагрузках. При нагрузке менее 70% номинальной периферийный канал воздуха перекрывают и тем сохраняют высокие скорости.

4.2.2.Прямоточные горелки

Ввиду более низкой турбулизации потока прямоточные горелки создают дальнобойные струи с малым углом расширения и с вялым перемешиванием первичного и вторичного потоков. Поэтому успешное сжигание топлива достигается взаимодействием струй разных горелок в объеме топочной камеры. Они могут быть установлены неподвижно или выполнены как поворотные, что облегчает наладку топочного режима (рис. 4.5,а). Горелки прямоугольного типа, особенно вытянутые по высоте, характеризуются высокой эжекцией окружающей газовой среды с боковых сторон струи. Поэтому такие горелки при внешней подаче аэропыли (рис. 4.5,б) имеют преимущества по условиям воспламенения перед горелками с внутренней подачей пыли. Прямоточные горелки выполняют, как правило, относительно небольшой производительности, поэтому в мощных паровых котлах их набирают в блоки (рис. 4.6). Прямоточные горелки применяют в основном для сжигания высокореакционных топлив: бурых углей, торфа, сланцев и каменных углей с высоким выходом летучих.

Скорость пылевоздушной смеси на выходе из горелок принимают: ω1=20…28 м/с, а оптимальную скорость вторичного воздуха. ω2 = (1,5…1,7) ω1.

49

Рис. 4.5. Прямоточные пылеугольные горелки.

а – с поворотной насадкой на выходе аэропыли (конструкции ЗиО); б –с центральным каналом горячего воздуха (конструкции ВТИ); 1 – подвод пылевоздушной смеси; г–то же горячего воздуха; 3 – выход пылевоздушной смеси; 4 – выход горячего воздуха; 5 – подсос топочных газов.

.

50

Рис. 4.6. Блок из трех прямоточных пылеугольных горелок.

1 – подача пылевоздушной смеси в горелку 2 – подача вторичного воздуха в горелку; 3–труба для установки растопочной мазутной форсунки с газовым электрозапальником– 4 – поворотный воздушный патрубок

Комбинированные горелки, во многих случаях на электростанции возникает необходимость попеременно или одновременно сжигать разные виды топлива, для чего горелки выполняют комбинированными с обеспечением экономичного сжигания каждого из видов топлива.

На рис. 4.7 в качестве иллюстрации изображена горелка мощного парового котла на три вида топлива: твердое (основное), мазут и природный газ. Такая горелка отличается повышенным диаметром центрального канала, где размещена основная мазутная форсунка с регистром для закручивания осевого потока воздуха. Природный газ через раздающие трубки тонкими струями поступает между завихрёнными осевым и вторичным потоками воздуха, чем обеспечивается его хорошее перемешивание и последующее сгорание.

Расположение горелок. Горелки на стенах топочной камеры располагают таким образом, чтобы обеспечить наибольшую полноту сгорания топлива в ядре факела, создать благоприятные условия для удаления шлаков из топки в заданном твердом или жидком виде и исключить возможность шлакования стен топочной камеры. При выборе типа и расчете оптимального размещения горелок учитывают особенности их рабочих характеристик. Так, вихревые горелки создают более короткий факел по длине и широкий угол его раскрытия по сравнению с прямоточными. Интенсивное перемешивание

51

первичного и вторичного потоков воздуха происходит за счет энергии вихревого движения, что обеспечивает глубокое выгорание топлива в ядре факела

(до 90–95%).

Рис. 4.7. Схема горелки для сжигания трех видов топлива. Обозначения те же, что и на рис. 4.4; кроме того: 13 – кольцевой короб природного газа; 14 – трубки ввода природного газа в горелку, расположенные вокруг канала первичного воздуха 3; 15 – выход природного газа в топку; 16

– газовый электрозапальник.

Определяющим конструктивным параметром вихревых горелок явля-

ется диаметр амбразуры Dа. Горелки размещают на достаточном расстоянии друг от друга (2,2…3) Dа и от боковых стен (1,6…2) Dа, чтобы исключить раннее взаимодействие факелов и наброс факела на стены.

На рис. 4.8 показаны наиболее характерные схемы расположения вихревых пылеугольных горелок. Схемы с фронтальными и двухфронтальными горелками (рис. 4.8, а, б) могут быть выполнены как в один, так и в два яруса по высоте. При однофронтальном расположении экран задней стены получает повышенное тепловооприятие (на 10–20% выше среднего) и для исключения шлакования стены при твердом шлакоудалении глубина топки должна быть не менее b = (6…7) Dа. Встречное двухфронтальное расположение го-

53

На рис. 4.9 показаны характерные схемы размещения прямоточных горелок. Горелки этого типа обеспечивают полное сжигание топлива только за счет турбулизации факелов отдельных горелок при их соударении в объеме топочной камеры. Все представленные схемы нашли широкое применение при сжигании торфа, бурых и молодых каменных углей.

Сжигание торфа и бурых углей по схеме встречно–смещенных струй, разработанной и внедренной МЭИ, отличается высокой эффективностью за счет повышенной турбулизации факела в зоне основного горения. Это достигается созданием большого градиента скоростей между соседними струями, имеющими противоположные направления движения.

Рис. 4.9. Схемы расположения прямоточных пылеугольных горелок на стенах топочной камеры.

а – встречно–смещенное; б – угловое с блочным соударением струй (блочное расположение); в – угловое с тангенциальный направлением струй (тангенциальное расположение).

Схема с угловыми горелками и тангенциальным направлением горелочных струй к условной окружности в центре топки диаметром 1–2,5 м (рис.