МУ КР Источники энергии

3.2 Подовые и щелевые горелки. Конструкция и компоновка в топке.

Схема конструкции подовой щелевой горелки

Рисунок 2.1 - Подовая щелевая горелка.

Щелевая горелка представляет собой трубку, в которой по обе стороны от верхней образующей в шахматном порядке просверлены отверстия для истечения газа. Если центральный угол между рядами отверстий равен 180°, то такая горелка рекомендуется только для работы на холодном воздухе; при угле между рядами 90° горелка может работать как на холодном, так и на подогретом воздухе.

Шаг между отверстиями для истечения газа должен быть таким, чтобы достигалось наилучшее перемешивание газа с воздухом. Опытами установлено, что оптимальный шаг между огневыми отверстиями s/d=6-10. При диаметре отверстий 2-3 мм принимают s=20 мм при d= 4-5мм величина s=25-35 мм.

Схема конструкции подовой щелевой горелки.

Рисунок 2.2 – Схема простейшей подовой

Рисунок 2.3 – Подовая горелка с кирпичными стабилизаторами

Горелка устанавливается в щелевом канале, из огнеупорного материала, через который в топку попадает воздух. Горение струек газа, истекающих из отверстий в трубе, начинается в огнеупорном канале и заканчивается в топочном объеме. Малое аэродинамическое сопротивление горелок позволяет во многих случаях работать без принудительного дутья. При правильной конструкции подовой горелки можно обеспечить полное сжигание газа в коротком факеле с малым избытком воздуха

( =1,1).

Перечисленные положительные качества, особенно возможность перевода слоевых топок на газ с минимальными переделками (при этом горелки устанавливают прямо на колосниковой решетке, и вся система подвода воздуха в топку остается совершенно без изменений) привели в последнее время к быстрому и широкому распространению подовых горелок в отопительных и промышленных котлах производительностью до 10т/ч.

3.2.1 Схемы диффузионных горелок.

Нижнее подовое расположение диффузионных горелок применяется в бытовых водонагревательных приборах и малых водогрейных котлах при сжигании

41

искусственных газов с высокой скоростью распространения пламени (коксовый газ, доменный газ и др.)

Диаметр газовых отверстий в таких горелках изменяется от 0,5 до 5 мм. Максимальный относительный шаг отверстий выбирается из условия передачи огня от отверстия к отверстию при зажигании горелки. Для диаметров отверстий 3-4 мм взаимное зажигание факелов без специальных стабилизаторов горения обеспечивается

отверстиями, чем s 4 выбирать не рекомендуется, т.к. при малом шаге факелы d

сливаются между собой, доступ воздуха к газу уменьшается и в результате длина факела увеличивается.

Такие горелки работают со значительными избытками воздуха ( =1,2-1,6), с потерями от химической неполноты сгорания q 0,2 1,2%.

Рисунок32.5 – Схемы организации диффузионного (а) и кинетического (б)

Рисунок 2.4 - Некоторые схемы диффузионных горелок

3.2.2 Подовые горелки с “прямой” щелью

Щелевой канал такой горелки не имеет конфузора и диффузора, а газораспределительная труба помещена в нижней части канала (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 - Подовые щелевые горелки

Опытом было установлено, что при угле атаки газовых струй по отношению к потоку воздуха =45 горелка с прямой щелью обеспечивает полное сгорание газа с

42

коэффициентом избытка воздуха =1,10, а при =90 даже с =1,05. Средняя длина горящего факела над плоскостью перекрытия составляет соответственно

lф 1.000 мм и lф 600 мм.

Применяемые в горелках с прямой щелью большие углы атаки газовых струй по отношению к потоку воздуха приводят к значительному улучшению процессов перемешивания газа с воздухом по сравнению с перемешиванием газовых струй со спутным потоком воздуха. Однако это улучшение процесса перемешивания связано с увеличением воздушного сопротивления горелки. Подовая горелка с «конической» щелью имеет меньшее аэродинамическое сопротивление.

Оптимальные для горелок с «прямой» щелью: -скорость выхода газовых струй 40-80 м/с;

-скорость воздуха в самом узком месте между трубой и стенкой канала 4-8 м/с;

-относительный шаг газовых отверстий s 6 10 d

Горение струек газа начинается на расстоянии 20-40 мм от газораспределительной трубы.

Измерения температуры на верхней образующей газораспределительной трубы показали, что при =45 она составляет 330 С, а при =90 в отдельных местах достигает 530 С при работе на холодном воздухе. Максимальная температура поверхности кирпича при =45 С составляет 900-1100 С.

Столь высокая температура стенки газораспределительной трубы приводит к ее короблению и коррозии. Вблизи горячей стенки внутри трубы происходит крекинг газа и это приводит к закоксовыванию газовых горелок и постепенному уменьшению производительности горелки.

3.2.3 Подовая горелка с двухсторонним подводом газа в щель.

В горелках с прямой щелью часть воздуха, необходимого для горения газа, сразу же подсасывается струйками газа и участвует в начальной стадии горения (рисунок 2.7, а). Другая значительная часть воздуха проходит между струйками газа (2) в области В, заштрихованной в плане на рисунке 2.7, а, и смешивается с газом только в верхней части канала и в топке. Это приводит к удлинению факела. т.к. скорость горения факела в данном случае определяется скоростью процесса перемешивания его с воздухом, уменьшает тепловое напряжение топочного объема и допустимую тепловую

43

газовых отверстий выбирается так, что струйки, выходящие из отверстий одной газораспределительнойтрубы,несталкиваютсясо струйками,выходящимиизотверстийдругой трубы, а спокойно достигают противоположной стенки щелевого какала. При такой схеме расположения газовых струй в щелевом канале возможность «холостых потоков» воздуха значительноменьше,т.к.струйкигазаплотноперекрываютвпланесечениеканала.

3.3Инжекционныегорелки

Вгорелках инжекционного типа используется эффект подсасывания исходящей струей одного газа потока другого газа. Инжекционные горелки бывают низкого (атмосферного), среднегоивысокогодавления.

Ватмосферныхгорелках предварительно подсасывается за счетэжекции невесь воздух

( =0,3-0,7). Вторичный воздух, необходимый для полного сжигания газа, поступает к факелу пламени из окружающего пространства за счет эжектирующего действия самого факела и за счет разряжения в топке. Атмосферныегорелки применяютсяв основном для сжиганиявысоко калорийных газов, теплотворной способностью Qнр 16МДж. Они устанавливаются в

секционныхкотлах, газовыхводонагревателях, бытовыхплитках, сушилках, мелкихразличных отопительных котлах, работающих на природном газе. Диапазон устойчивости работы атмосферных горелок ограничен, с одной стороны возможностью проскока пламени внутрь горелки, а с другой возможностью отрыва пламени от кратера горения и даже полного срыва (затухания)его.

Инжекционные горелки среднего и высокого давления могут быть односопловые и много сопловые, плоские и круглые, с одноступенчатым, двухступенчатым и трехступенчатым смесителями. В отличие от атмосферных горелок эти горелки являются горелками полного смешения,заисключениемнекоторыхконструкций.

Инжекционные горелки среднего и высокого давления по сравнению с горелками неполного предварительного смешения газасвоздухомобеспечивают полноесгораниегазапри минимальномизбыткевоздухасболеевысокойтемпературой.

Наибольшеераспространениеполучилиодноступенчатыеинжекционныегорелки–весь воздух для горения подсасывается в один прием. В двухступенчатых в два приема. В первой ступени обычно засасывается такое количество воздуха, чтобы полученная смесь была не горючей (для природного газа это соответствует содержанию воздуха в смеси с газом 84,5 %). Во вторичном сопле негорючая смесь уже засасывает остальной воздух, необходимый для горения, и перемешивается с ним. По компактности двухступенчатые смесители уступают одноступенчатымидлясжиганияприродногогазаонинеполучилираспространения.

Эжекцияможетосуществляетсятремяспособами:

-эжекциявсеговоздухагазом;

-частивоздухагазом;

-газавоздухом;

Работа горелок с подсосом всего воздуха газом требует среднего давления газа, причем нет необходимости в дополнительных регуляторах для поддержания на данном уровне пропорциимеждугазомивоздухом.

Инжекционные горелки имеют не достаточную глубину регулирования их производительности (отношение max производительности к min), трудности работы на подогретом за счет рекуперации тепла отходящих газов воздухе, большую длину смесителей, препятствующую созданию горелок большой единичной теплопроизводительности и шум, производимыйработающимигорелками,вособенностипривысокомдавлениигаза.

44

3.4 Газомазутные горелки

Эффективное и экономичное сжигание жидкого топлива достигается в результате хорошей предварительной подготовки его, тонкого и однородного распыления, хорошего смешения с воздухом, правильного подвода воздуха, необходимого для горения, высокой температуры топочного пространства, правильного объема и конфигурации топочной камеры, создания условий стабилизации фронта воспламенения и устойчивого факела необходимой формы и направления.

В комплексе устройств, работа которых направлена на рациональное сжигание жидкого топлива, существенную роль играют мазутные форсунки.

Форсункой называется устройство для распыления жидкого топлива и организации его подачи в топку. Форсунка является основным прибором распыления топлива, регулирования его подачи, смешения топлива с воздухом и создания определенного по форме, длине и направлению факела.

Под газомазутной горелкой понимается устройство, состоящее из форсунки, воздухонаправляющего аппарата и амбразуры. Газомазутные горелки различаются между собой:

1)конструкцией воздухозакручивателей (регистров), которые выполняют двух типов: тангенциальные и аксиальные;

2)способом ввода газа в воздушный поток (с периферийной и центральной раздачей газа);

3)применение однопоточного или двухпоточного распределения воздуха в самой горелке.

Форсунки можно классифицировать по различным признакам. Чаще всего их классифицируют по способу распыления топлива.

1.Форсунки, в которых распыление топлива производится за счет потенциальной энергии струи мазута, находящейся под давлением, называются механическими.

2.Форсунки, в которых для распыления мазута используется кинетическая энергия распыляющего агента (воздуха, пара), называются пневматическими.

3.Форсунки, в которых для распыления мазута используется механическая энергия вращающегося распылителя (диск или стакан), называют ротационными.

Указанные способы распыления мазута наиболее часто применяют в топках промышленных парогенераторов и водогрейных котлов.

К форсункам предъявляется ряд требований, основными из которых являются: надежность; устойчивость зажигания и стабильность фронта горения в широких пределах изменения нагрузки; обеспечение заданной мощности агрегата и температуры перегретого пара; обеспечение полного горения при минимальных коэффициентах избытка воздуха в широком диапазоне изменения нагрузки; простота изготовления, ремонта, обслуживания; минимальное сопротивление проходу воздуха; быстрота перехода на другой вид топлива (например, газ).

Одной из основных характеристик форсунки является ее мощность (МВт), т. е.

количество теплоты, выдаваемой форсункой в единицу времени (BQНР ).

Вфорсунках с механическим распылением мазуту сначала сообщается вращательное движение, и затем он с большой скоростью вытекает из отверстия, называемого соплом. Вращательное движение создается винтовой нарезкой, подачей мазута по тангенциально расположенным каналам в вихревую камеру, лопаточным завихрителем и т. д. Вследствие этого мазут вытекает из сопла форсунки в форме конусной пленки, которая при больших скоростях истечения распадается на мелкие капли.

Вфорсунках с пневматическим распылением топлива в качестве распыляющего агента применяется пар или воздух. Струя пара или воздуха, обладающая большой

45

кинетической энергией, подхватывает направляемые в нее под углом тонкие струйки мазута и разбивает их на отдельные капли.

В ротационных форсунках под действием центробежных сил вращающегося распылителя в зависимости от его размеров и режима работы может происходить образование струй или пленки, распадающихся затем на капли.

Существенное влияние на работу мазутной горелки оказывает воздхонаправляющий аппарат, предназначенный для закрутки воздушного потока. В современных горелках закрутка воздушного потока осуществляется тангенциальным подводом воздуха или установкой специальных лопаток. Закрученная струя имеет ряд преимуществ по сравнению с прямоточной. Она обладает большей эжекционной способностью; падением скорости в осевой области, при известных условиях вызывающим осевой обратный ток; имеет увеличенный угол разноса.

Третьим элементом горелки является амбразура. Как показали исследования, размеры амбразуры влияют на работу горелки. Увеличение длины амбразуры приводит к повышению уровня температур и ее оплавлению. Конические амбразуры обеспечивают более спокойную работу горелки по сравнению с цилиндрическими амбразурами. Наиболее целесообразно выполнять амбразуры в виде конуса с углом раскрытия от 30 до 60°.

Рисунок 4.1 - Вихревая горелка с паромеханической

форсункой

1 - паромеханическая форсунка; 2 - штуцера для измерения давления газа, первичного и вторичного воздуха; 3 - фронтовой лист; 4 - лопаточные завихрители первичного и вторичного воздуха; 5 - газовыводной насадок; 6 - газовый

запальник с электрическим зажиганием; 7 – фотоэлемент; 8 - стакан защитнозапального устройства; 9 - лопатки для выравнивания потока вторичного воздуха.

На рисунке. 4.1 показана одна из конструкций вихревых горелок с паромеханической форсункой, разработанная ЦКТИ и серийно выпускаемая заводом «Ильмарине». Горелка состоит из паромеханической форсунки, двухзонного направляющего аппарата и газовой камеры с газовыпускными отверстиями. Горелка предназначена для сжигания мазута и природного газа.

Газомазутные горелки типа ГМГм. Назначение и описание конструкций газомазутных горелок типа ГМГм

Горелки предназначены для высокоэкономичного сжигания горючего газа или жидкого топлива в диапазоне регулирования 20 - 100% от ее номинальной производительности.

Газомазутная горелка ГМГм состоит из газовоздушной части, паромеханической форсунки, лопаточного завихрителя вторичного воздуха, лопаточного завихрителя первичного воздуха, монтажной плиты, заглушки для закрывания форсуночного канала при снятии форсунки и т. д.

В состав газовоздушной части входит двухзонное воздухонаправляющее устройство с зонами первичного и вторичного воздуха и газораспределительная часть.

46

Зона первичного воздуха состоит из подводящей части и лопаточного завихрителя тангенциально-аксиального типа с прямыми лопатками, установленными под углом 60°, и служит для подвода части воздуха (в виде закрученного потока) к корню факела.

Зона вторичного (основного) воздуха представляет собой колено трубопровода с углом 90°, в концевой части которого находится лопаточный завихритель вторичного воздуха с прямыми лопатками, установленными под углом 45°.

Между первичной и вторичной воздушными зонами расположена газораспределительная часть, основными рабочими элементами которой являются газовые насадки, предназначенные для распределения газа в первичном и вторичном воздушном потоках.

Лопаточные завихрители первичного и вторичного воздуха выполняются правого и левого направления вращения (закрутки) воздуха. У горелки закрутка первичного и вторичного воздуха односторонняя.

Характеристики и основные технические рекомендации.

Горелки газомазутные рассчитаны на сжигание жидких топлив: мазутов топочных и флотских по ГОСТ 10585-75, а также горючего газа группы 3 по ГОСТ

21204-75.

Допускается использование горелок для сжигания более легких сортов топлива. При сжигании этих видов жидкого топлива используется та же форсунка, но

расходная характеристика ее будет зависеть от удельного веса и вязкости топлива. Горючий газ с теплотой сгорания, отличной от QНР =35650 кДж/м3, допускается

сжигать после пересчета и реконструкции газораспределительных насадков горелки. Рабочая характеристика горелки на газе будет зависеть от теплоты сгорания QНР

и удельного веса газа при рабочей температуре.

Горелки промышленных котлов работают на воздухе и горючем газе температурой 20°С. Иногда по условиям эксплуатации температура воздуха и горючего газа, подаваемого на горелки, может изменяться.

Поэтому необходимо осуществлять постоянный контроль за температурой воздуха, температурой газа, теплотой сгорания горючего газа и корректировать режимный график. В некоторых случаях целесообразно иметь сезонные режимные графики. Пересчет режимных графиков ведется по общепринятой методике. При расчете следует иметь в виду, что коэффициент сопротивления воздушной части горелки по среднерасходной скорости равен 3. Коэффициент сопротивления газовой части горелки по скорости из газовыходных отверстий равен 3.

Более полную информацию по различным типам горелок, особенностям их конструктивного расчета и необходимые справочные данные можно получить в следующей литературе:

Михеев В.П., Федоров В.Н. Подовые и щелевые горелки для природного газа. - М.: Недра, 1965. 73с; Иванов Ю.В. Газогорелочные устройства. - М.: Недра, 1972. 376с.;Иванов Ю.В. Основы расчета и проектирования газовых горелок. – М.

47

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица А1. – Перечень приборов и измерений при проведении экологотеплотехнических испытаний котлов типа КВГ-6,5

Рис. А1. – Схема теплотехнических измерений котла КГВ-6,5

48

Таблица А2. – Перечень приборов и измерений при проведении экологотеплотехнических испытаний котлов НИКА-1,25

Рис. А2. – Схема теплотехнических измерений котла НИКА-1,25

49

Таблица А3. – Перечень приборов и измерений при проведении экологотеплотехнических испытаний котла типа ДКВР-10

Рис. А3. – Схема теплотехнических измерений котла типа ДКВР, ДЕ

50