Основные характеристики некоторых видов топлива
| Вид топлива | Состав, % (по массе) | Выход летучихVл,% (по массе) | Жаропроизво- дительность, Та,0С | Теплота сгорания  ,
МДж/кг
| ||||||
| Wр | Aр | Cр | Hр | Sр | Nр | Oр | ||||
| Дрова Фрезерный торф Бурый уголь (Канско-Ачинский) Каменный уголь (газовый донецкий) Антрацитовый штыб Мазут (высокосернистый) Бензин Природный газ | 40 50 33 8 0,5 3 - - | 0,6 6,3 6 23 23 0,1 - - | 30,3 24,7 43,7 55,2 63,8 83 85 74 | 3,6 2,6 3 3,8 1,2 10,4 14,9 25 | -0,1 0,2 3,2 1,6 2,8 0,05 - | 0,4 1,1 0,6 1,0 0,6 - - 1,0 | 25,1 15,2 13,5 5,8 1,3 0,7 0,05 - | 85 70 48 40 3,5 - - - | 1600 1500 1800 2050 2150 2100 2100 2000 | 10,2 8,1 15,7 22 22,6 39,2 44 35,6* |
* Теплота сгорания природного газа дана в МДж/м3
2. ТОПКИ
Топка, топочное устройство, топка огневая – устройство для сжигания органического топлива с целью получения высоконагретых дымовых газов. Теплота газов либо преобразуется в котловых установках в электрическую или механическую энергию, либо используется для технологических и других целей. В общем случае топка представляет собой камеру, в которую подается топливо (твердое, жидкое, газообразное) и окислитель, обычно воздух. В топках котлоагрегатов продукты сгорания отдают свою теплоту теплоносителю (воде, пару), циркулирующему по трубам, которые размещаются на стенах камеры.
Основными характеристиками, определяющими эффективность и экономичность работы топки, является форсировка, или тепловое напряжение сечения топки (в плане).
|
|
|
По организации топочного процесса топки котлоагрегатов подразделяют на три основные группы: слоевые, факельные и вихревые. Исторически первыми были топки для сжигания твердого топлива в слое – слоевые топки, которые длительное время являлись основными устройствами для сжигания больших количеств топлива и широко применялись для котлов с паропроизводительностью 20 – 30 т/ч. В конце 20-х гг. ХХ в. были разработаны топки для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии в факельном процессе, что позволило с высокой надежностью и экономичностью использовать топливо пониженного качества, значительно повысить единичную производительность котлоагрегатов.
В практике проектирования, эксплуатации и испытания топочных устройств пользуются итоговыми величинами, количественно характеризую-щими огневой процесс. К этим характеристикам относятся:
- мощность топки;
- форсировка топочного устройства;
- удельная нагрузка топочного объема.
Тепловой мощностью топки называют количество теплоты, выделяемой при сжигании топлива в топке в единицу времени:
Q=В·Qрн,
где В – расход топлива, кг/с или м3/с;
Qрн – низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг или кДж/м3.
|
|
|
Под форсировкой топочного устройства понимают удельную нагрузку сечения топки. Удельной нагрузкой сечения топкиназывают количество теплоты, выделяемое при сжигании топлива на 1 м2 сечения топки в единицу времени, кВт/м2 или МВт/м2.
При слоевом сжигании твердого топлива за характерное сечение топки принимают площадь горящего слоя. Форсировку топки характеризуют удельной нагрузкой зеркала горения.
Удельной нагрузкой зеркала горения называют количество теплоты, выделяемой при сжигании топлива на 1 м2 активной части колосниковой решетки в единицу времени, кВт/м2 или МВт/м2:
,
где R – площадь активной части колосниковой решетки, м2.
При факельном и вихревом сжигании топлива форсировку топки характеризуют удельной нагрузкой наиболее характерного для данной конструкции сечения (с площадью F) топочной камеры кВт/м2 или МВт/м2:
.
Удельной нагрузкой топочного объема называют количество теплоты, выделяемой при сжигании топлива в 1 м3 объема топки (Vт) кВт/м2 или МВт/м2:
.
Удельной нагрузкой топочного объема характеризуют работу всех топок (слоевых, факельных, вихревых).
Допустимые удельные нагрузки зеркала горения и топочного объема позволяют определить площадь зеркала горения объем топочной камеры:
|
|
|
,
где qvдоп – допустимая удельная нагрузка топочного объема, кВт/м3.
2.1. Классификация топочных устройств
В настоящее время различают три основных способа сжигания топлива: слоевой, факельный и вихревой (циклонный). Факельный и вихревой способы объединяются в один – камерный.
Выбор способа сжигания топлива зависит от мощности и конструкции котла, вида топлива и свойств его золы. Сжигание топлива производится в топочном устройстве, которое представляет собой сочетание системы горелок или механизмов с топочной камерой.
2.2. Механические топки
Механической топкойназывается слоевое топочное устройство, в котором все операции (подача топлива и удаление шлака, а при необходимости и шуровка слоя) выполняются механизмами. Если при обслуживании топки имеется доля ручного труда, то топку называют полумеханической.
В зависимости от размещения и состояния слоя топлива можно разделить на топки:
- с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим слоем топлива;
- с движущейся колосниковой решеткой и перемещающимся вместе с ней топливом;
- с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива.
В зависимости от взаимного направления движения потоков топлива и воздуха различают топки со встречной, поперечной и параллельной схемами движения топлива и воздуха.
|
|
|
2.3. Слоевые топки
Слоевые топки применяются только для сжигания твердого топлива. Располагаются под котельными агрегатами мощностью до 28 МВт. Классифицируются по характеру обслуживания, размещению и состоянию слоя топлива, направлению движения топлива и воздуха.
Слоевая топка – топка для слоевого сжигания, в которой горение топлива, загруженного слоем на колосниковую решетку, происходит в струе воздуха, пронизывающего этот слой (обычно снизу вверх). Различают следующие слоевые топки: с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива.
Топки механические ТЛЗМ (рис. 1) предназначены для сжигания твердого топлива в паровых котлах паропроизводительностью до 10 т/ч, водогрейных котлах теплопроизводительностью до 6 МВт. Топки работают по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой, что в сочетании с обратным движением цепной ленточной решетки обеспечивает нижнее зажигание по всей площади колосникового полотна и стабильное горение.
| Рис. 1. Топки механические ТЛЗМ |
Особенностью топок является совмещение механического, как основного, и пневматического заброса топлива, позволяющего оптимизировать горение пылевых фракций в топочном объеме. Конструкция топки позволяет автоматизировать процесс горения.
Т а б л и ц а 6
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 25-100 % |
| Коэффициент избытка воздуха за топкой | не более 1,3-1,5 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 0,75 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 10,0% |
| Основной вид топлива | Каменные и бурые угли |
| Влажность топлива | до 40 % |
| Зольность топлива | 35 %, |
| Содержание мелочи | (0-6 ммдо 60) % |
| Максимальный размер куска | 40 мм |
Топки механические ТЛЗ-2-2,7/4,0 (рис. 2) предназначены для сжигания твердого топлива в паровых и водогрейных котлах ДКВР-10-13 и КВ-ТС-10. Характерной особенностью этих топок является комбинированный процесс горения в слое и во взвешенном состоянии. Благодаря пневмомеханическому забросу топлива крупные частицы падают и сгорают на решетке, а мелкие отсеиваются и сгорают в топочном объеме. Подача топлива осуществляется непрерывно, малыми порциями на всю поверхность колосникового полотна и при медленном его движении обеспечивается нижнее зажигание по всей длине слоя. Конструкция топки позволяет автоматизировать процесс горения.
|
Рис. 2. Топки механические ТЛЗ-2-2,7/4,0:
расстояние между осями валов L, мм 4000; ширина колосникового полотна В, мм - 2700; высота Н, мм - 3015; длина L1, мм - 5540; масса, кг - 16700
Т а б л и ц а 7
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 25-100 % |
| Коэффициент избытка воздуха за топкой | не более 1,3-1,5 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 0,75 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 10,0% |
| Основной вид топлива | Каменные и бурые угли |
| Влажность топлива | до 40 % |
| Зольность топлива | 35 %, |
| Содержание мелочи | (0-6 мм до 60) % |
| Максимальный размер куска | 40 мм |
Топки механические ТЛП, ТЛПМ (рис. 3) с ленточной цепной решеткой прямого хода, предназначены для сжигания каменных и бурых углей в паровых и водогрейных котлах и промышленных печах. В топках за счет движения колосникового полотна происходит непрерывная подача топлива из угольного ящика в топочную камеру и удаление шлака. Топка отличается верхним зажиганием, горение происходит в толстом слое топлива.
|
Рис. 3. Топки механические ТЛП, ТЛПМ
Т а б л и ц а 8
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 50-100 % |
| Теплонапряжение решетки рекомендуемое | 0,7…1,0 (1,2*), МВт/м2 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 1,0 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 10,0…1,35 % |
| Характеристика топлива: | |
| выход летучих | не менее - 20% |
| Влажность топлива | не более – 25% |
| Зольность топлива | не более - 25 %, |
| Содержание мелочи | (0-6 мм не более 40) % |
| Максимальный размер куска | 40 мм |
* для топок ТЛПМ
Топки механические ТЧЗМ-2 (рис. 4) предназначены для сжигания твердого топлива в паровых котлах паропроизводительностью до 25 т/ч, в водогрейных котлах теплопроизводительностью до 35 МВт, могут применяться в промышленных печах. Топки работают по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой, что в сочетании с обратным движением цепной чешуйчатой решетки обеспечивает нижнее зажигание по всей площади колосникового полотна и стабильное горение.
| Рис. 4. Топки механические ТЧЗМ-2 |
Особенностью топок является совмещение механического, как основного, и пневматического заброса топлива, позволяющего оптимизировать горение пылевых фракций в топочном объеме. Конструкция топки позволяет автоматизировать процесс горения топки.
Т а б л и ц а 9
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 25-100 % |
| Коэффициент избытка воздуха за топкой | не более 1,3-1,5 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 0,5 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 7,0 % |
| Основной вид топлива | Каменные и бурые угли |
| Влажность топлива | до 40 % |
| Зольность топлива | до35 %, |
| Содержание мелочи | (0-6 мм до 60) % |
| Максимальный размер куска | до 40 мм |
Топки механические ТЧЗ с пневмомеханическими забрасывателями и цепной решеткой обратного хода (рис. 5) предназначены для слоевого сжигания каменных и бурых углей в паровых и водогрейных котлах теплопроизводительностью до 58 МВт и промышленных печах.
Топки работают по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой, что в сочетании с медленным обратным движением цепной чешуйчатой решетки обеспечивает нижнее зажигание по всей площади колосникового полотна и стабильное горение.
| Рис. 5. Топки механические ТЧЗ |
Особенностью топок является совмещение механического, как основного, и пневматического заброса топлива, позволяющего оптимизировать горение пылевых фракций в топочном объеме. Конструкция топки позволяет автоматизировать процесс горения.
Т а б л и ц а 10
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 25-100 % |
| Коэффициент избытка воздуха за топкой | не более 1,35 -1,5 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 0,5 - 1 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 8,0 % |
| Основной вид топлива | Каменные и бурые угли |
| Влажность топлива | до 40 % |
| Зольность топлива | до35 %, |
| Содержание мелочи | (0-6 мм до 60) % |
| Максимальный размер куска | до 40 мм |
Топки механические с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода ТЧМ (рис. 6) предназначены для сжигания каменных и бурых углей, грохоченного антрацита марок АС и АМ в паровых котлах производительностью до 25 т/ч, а также древесных отходов в многотопливных котлах паропроизводительностью до 75 т/ч и промышленных печах. В топках за счет движения колосникового полотна происходит непрерывная подача топлива в топочную камеру и удаление шлака. Топка отличается верхним зажиганием, горение происходит в толстом горящем слое.
| Рис. 6. Топки механические с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода ТЧМ |
Т а б л и ц а 11
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 50-100 % |
| Коэффициент избытка воздуха за топкой | не более 1, 5 -1,6 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 1,0 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 10,0 – 13,5 % |
Топки механические с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода ЧЦР (рис. 7) предназначены для слоевого сжигания каменных и бурых углей и грохоченных антрацитов марок АС и АМ под стационарными паровыми котлами теплопроизводительностью до 50 МВт. Они могут быть использованы в технологических установках с достаточным объемом топочных камер.
Топки ЧЦР не рекомендуются для сжигания антрацитов марок АСШ и АРШ. В топках можно сжигать неспекающиеся или слабоспекающиеся каменные угли, умеренно влажные бурые угли. В топках за счет движения колосникового полотна происходит непрерывная подача топлива в топочную камеру и удаление шлака. Топка отличается верхним зажиганием, горение происходит в толстом горящем слое.
| Рис. 7. Топки механические с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода ЧЦР |
Т а б л и ц а 12
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 50-100 % |
| Коэффициент избытка воздуха за топкой | не более 1, 5 -1,6 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 1,0 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 10,0 – 13,5 % |
Топки механические ТНУ-2, ТЛКС(О) (рис. 8) предназначены для сжигания низкосортных углей (отсевов антрацита и каменных углей, шлаков фракции 0-10, 0-13) в паровых котлах паропроизводительностью до 25 т/ч., водогрейных котлах и промышленных печах. Поставляются в районы, как с умеренным, так и тропическим климатом.
| Рис. 8. Топки механические ТНУ-2, ТЛКС(О) |
Топки относятся к классу механических топочных устройств для сжигания топлива в высокотемпературном кипящем слое. Характерная особенность топок – двухступенчатый процесс горения топлива. Топливо подается на переднюю часть полотна механическим питателем непрерывно.
В первой ступени горение топлива происходит во взвешенном состоянии в кипящем слое в ванне. Здесь происходит интенсивное перемешивание и сгорание топлива по всему объему ванны. Под решетку подается примерно 50 % воздуха. На выходе из кипящего слоя смесь догорает в топочном объеме, куда подается вторичный воздух в виде острого дутья.
Т а б л и ц а 13
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 50-100 % |
| Коэффициент избытка воздуха за топкой | не более 1,15-1,5 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 0,5 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 7,5 % |
| Основной вид топлива | Отсевы каменных углей и антрацитов |
| Влажность топлива | не более 8,5% |
| Зольность топлива | не более 25 %, |
| Содержание мелочи | (0-1 мм не более 50) % |
| Максимальный размер куска | 13 мм |
Топки механические с горизонтально-переталкивающими решетка-ми ТГП (рис. 9) предназначены для сжигания твердого топлива в паровых котлах паропроизводительностью 6,5–25,0 т/ч, водогрейных котлах теплопроизводительностью 6,5–30,0 Гкал/ч и промышленных печах.
Сжигаемое твердое топливо – различные каменные и бурые рядовые угли. Положительной особенностью топок ТГП является простота конструк-ции, шурование слоя топлива. Слоевой процесс получается смешанным, т. к. частицы топлива движутся по зигзагообразным и петлеобразным траекториям. За счет перемешивания частиц топлива улучшаются условия зажигания и снижаются потери тепла с механическим недожогом.
Преимуществом перед механическими топками с цепными решетками является повышенное (в 1,5–2,0 раза) теплонапряжение зеркала горения, что позволяет экономить топливо; стабильная работа за счет уменьшения простоев оборудования из-за отсутствия устройств и механизмов, работающих в очень напряженных условиях (забрасыватели топлива, футеровка фронта).
|
Рис. 9. Топки механические с горизонтально-переталкивающими решетками ТГП
Колосниковое полотно топок состоит из колосников, изготовленных из жаропрочного чугуна.
Т а б л и ц а 14
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 25-100 % |
| Коэффициент избытка воздуха за топкой | не более 1,4-1,6 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 2,0 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 8,0 – 12,0 % |
| Основной вид топлива | Каменные и бурые рядовые угли |
| Влажность топлива | до 40 % |
| Зольность топлива | 35 %, |
| Содержание мелочи | (0-6 ммдо 60) % |
Топки полумеханические ЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решетками с поворотными колосниками (рис. 10) предназначены для сжигания каменных и бурых углей, а также антрацитов под паровыми и водогрейными котлами и в промышленных печах. Топки работают по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой.
Благодаря интенсивному нижнему зажиганию свежего топлива по всей площади решетки топка может работать на трудно воспламеняющихся топливах, а также на бурых углях с большой влажностью.
| Рис. 10. Топки полумеханические ЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решетками с поворотными колосниками |
Особенностью топок является совмещение механического, как основного, и пневматического заброса топлива, позволяющего оптимизировать горение пылевых фракций в топочном объеме. Конструкция топки позволяет автома-тизировать процесс горения.
Т а б л и ц а 15
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 25-100 % |
| Коэффициент избытка воздуха за топкой | не более 1,4-1,7 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 1,0 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 13,5 % |
| Основной вид топлива | Каменные и бурые угли, антрацит |
| Влажность топлива | до 40 % |
| Зольность топлива | 35 %, |
| Содержание мелочи | (0-6 ммдо 60) % |
| Максимальный размер куска | 40 мм |
Решетки РПК с поворотными колосниками и ручным забросом топлива (рис. 11) предназначены для слоевого сжигания каменных и бурых углей, а также антрацитов в паровых и водогрейных котлах и промышленных печах.
| Рис. 11. Решетки РПК с поворотными колосниками и ручным забросом топлива |
Топливо загружают вручную через загрузочную дверку. Топки ТРПК поставляются одним транспортабельным блоком совместно с фронтом на единой раме.
Т а б л и ц а 16
Технические характеристики
| Диапазон изменения нагрузки | 25-100 % |
| Коэффициент избытка воздуха за топкой | не более 1,4-1,7 |
| Потери тепла от химического недожога | не более 2,0 % |
| Потери тепла от механического недожога | не более 11,0 % |
| Основной вид топлива | Каменные и бурые угли, антрацит |
| Влажность топлива | до 40 % |
| Зольность топлива | 35 %, |
| Содержание мелочи | (0-6 мм до 60) % |
| Максимальный размер куска | 40 мм |
Топки ТЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками (рис. 12) предназначены для сжигания каменных, бурых углей и антрацитов, отвечающих требованиям действующих стандартов на угли для слоевого сжигания.
| Рис. 12. Топки ТЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками |
Решетки РПК топок поставляются единым блоком, что значительно сок-ращает время их монтажа у заказчика. Теплотехнические характеристики топок аналогичны характеристикам топок ЗП-РПК соответствующих типоразмеров.
2.4. Факельные топки
Факельные топки применяются для сжигания всех видов топлива. При сжигании жидкого и газообразного топлива используются для котлоагрегатов любой мощности, а для твердого топлива – мощности более 20 МВт. Твердое топливо для сжигания в факельных топках должно быть превращено в мелкую пыль. Жидкое топливо предварительно распыляется на мелкие капли, газ предварительной подготовки не требует.
Топливо перед подачей в факельную топку очищается, измельчается и высушивается в системе пылеприготовления.
2.5. Пылеприготовление
Пылеприготовление топлива – измельчение и сушка твердого топлива, предназначенного для сжигания в камерных топках. Крупность частиц топлива после размола определяется ситовым анализом и колеблется от 01.01.01 мкм (более тонко размалывают угли бедные летучими, например, антрацит). При пылеприготовлении из топлива вначале удаляют неразмалываемые примеси (например, щепу, металлические предметы), затем его предварительно дробят до кусков размером не более 15 мм и окончательно измельчают в мельницах (шаровых барабанных, молотковых и др.). Размол топлива в большинстве случаев совмещается с его подсушкой в единой сушильно-мельничной системе.
Рис. 13. Схема замкнутых индивидуальных систем пылеприготовления:
а – с пылевым бункером; б – с прямым вдувалом; 1 – бункер с сырым углем; 2 – устройство для сушки; 3 – мельница; 4 – сепаратор пыли; 5 – циклон; 6 – бункер
2.6. Камерная топка
Камерная топка выполнена обычно в виде прямоугольной призматической камеры, в которой топливо сгорает в струе воздуха (в факеле). В таких топках сжигают твердое пылевидное топливо под котлами паропроизводительностью от 01.01.01 т/ч и более, а также газообразное и жидкое топливо – под котлами той же и меньшей производительности. Устанавливают камерные топки и к крупным водогрейным котлам.
Камерная топка (рис. 14) состоит из вертикальных стен, потолочного перекрытия и холодной воронки или пода, выложенных из огнеупорных материалов. На внутренних поверхностях камерной топки размещают топочные экраны (изготовляемые из труб диаметром 32 – 76 мм, в которых циркулирует котловая вода), а также потолочный или настенный радиационный пароперегреватель (в паровых котлах).
Топливо вводится в камерную топку вместе с необходимым для горения воздухом через горелочные устройства, которые размещают на стенах топки, а также по ее углам. При сжигании пылевидного топлива часть золы уносится дымовыми газами из топки в газоходы котла; остальная часть золы выпадает из факела в виде капель шлака и удаляется из топки либо в твердом гранулированном, либо в жидком расплавленном виде, стекая с пода топки через летку в шлакоприемное устройство, заполненное водой. В крупных котельных агрегатах, работающих на пылевидном топливе, создают также полуоткрытые камерные топки, которые имеют пережим, разделяющий топку на две части: камеру горения и камеру охлаждения.
| Рис. 14. Камерная топка: 1 – горелка; 2 – топочная камера; 3 – обмуровка; 4 – то-почный экран; 5 – потолочный радиационный паропере-греватель; 6 – фестон |
Преимущества:
1. Работают с низким коэффициентом избытка воздуха.
2. Имеют любую мощность.
3. Позволяют сжигать разнообразные по качеству топлива (с высокой влажностью, зольностью и несортированные).
4. Обеспечивают непрерывность процесса горения.
5. Могут быть полностью механизированы и автоматизированы.
Недостатки пылеугольных топок:
1. Расход электроэнергии на пылеприготовление.
2. Значительный унос золы продуктами сгорания.
3. Неустойчивость работы при пониженных нагрузках котлоагрегата (менее 60 % номинальной).
Несмотря на недостатки, факельный способ широко распространен и вытесняет слоевой, который сохраняется для котлов мощность до 28 МВт.
Пылеугольные топки классифицируются по следующим признакам:
1) способу удаления шлаков из топочной камеры;
2) технологической схеме сжигания;
3) расположению горелок;
4) расположению сопл вторичного воздуха;
5) конфигурации;
6) числу топочных камер.
Факельные топки оказались весьма удобными для сжигания газообразного и жидкого топлива, причем газообразное топливо не требует предварительной подготовки, а жидкое должно быть распылено форсунками.
2.7. Мазутная топка
Топка для сжигания отходов нефтепереработки – мазута. Применяется в котлоагрегатах любой паропроизводительности. Топочная камера, как правило, имеет форму вертикального параллелепипеда.
2.8. Форсунки и горелки
Форсунки и горелки – устройства, используемые для подготовки жидкого топлива к горению, которое заключается в доведении топлива до такого состояния, в котором оно легко перемешивается с воздухом (окислителем). Для подготовки к горению топливо измельчается путем распыления или испаряется посредством нагревания. В соответствии с этим выделяют два класса топлив-ных форсунок – распыливающие и испарительные. Последние называются также горелками. Подготовленное топливо подводится в зону горения, причем форсуночное устройство должно обеспечивать одновремен-ную подачу нужных количеств топлива и воздуха и их равномерное перемешивание.
Топливные форсунки находят применение повсюду, где могут быть использованы нефтепродукты пригодные для сгорания. Наибольшее приме-нение топливные форсунки находят в теплоэнергетике и промышленных технологических процессах.
При сгорании нефтепродуктов образуются газы, состоящие главным образом из двуокиси углерода, водяного пара и азота, которые химически неак-тивны и не оставляют золы. По этой причине топливные форсунки и горелки могут применяться в процессах тонкой химической технологии, связанных с подводом тепла. При использовании высокоэффективных топливных форсунок и подходящих видов топлива продукты сгорания, соприкасаясь с пищевыми продуктами, не загрязняют их. Так, работающие на жидком топливе зерносушилки производят сушку большей части годового урожая зерна, причем в таких сушильных камерах получают более высококачественное зерно с меньшей долей брака, чем зерно, подвергнутое сушке в естественных условиях.
Распылитель форсунки высокого давления имеет от двух до шести тангенциальных топливных каналов в зависимости от производительности агрегата. Через каналы топливо поступает в полость распылителя, закручивается и выбрасывается через сопло. Топливо распыливается, образуя туман из мелких капелек, и поступает в зону горения, куда подается воздух. Искровое устройство воспламенения генерирует разряд, который воспламеняет смесь воздуха с топливом. При этом внутри камеры сгорания со стенками, изготовленными из жаростойкого материала, образуется факел пламени, а поток продуктов сгорания используется в соответствующей теплогенерирующей установке.
Форсунки служат для распыливания мазута, т. к. при горении жидкого топлива в реакцию вступает только его газовая фаза. Размещают форсунки на стенках топки или по ее углам. Воздух для горения подают через амбразуры, расположенные вокруг форсунок. В крупных топках воздух подогревают до 200–400°C, что ускоряет испарение топлива. Топочные экраны изготовляют из труб диаметром 32–76 мм (гладких или с плавниками); обычно камеру экранируют полностью. Мазутные топки проектируют на те же параметры, что и газовые топки.
|
Рис. 15. Форсунки:
а – центробежная; б – вихревая; в – с вращающимся распылителем; г – струйная; д – штиф-товая; е – для газового распыливания
Подача жидкости в форсунке осуществляется под давлением или при помощи сжатых газа, пара. Вещество из форсунки поступает непрерывно или периодически через короткие промежутки времени. В центробежных, вихревых и с вращающимся распылителем форсунках жидкость приобретает вращательное движение и вытекает из распылителя тонкой пленкой (рис. 15, а, б, в). Вращение жидкости достигается у центробежных форсунках путем подвода ее по каналу 1 по касательной к поверхности камеры 2, у вихревых – в результате движения по винтовым канавкам 3, у форсунок с вращающимся распылителем – вращением корпуса 4. Струйная и штифтовая форсунки подают жидкость через цилиндрические сопла 5, кольцевые 6 и плоские щели (рис. 15, г, д). В распылителях поток приобретает скорости, обеспечивающие дробление жидкости на мелкие капли (механическое распыливание) и их распространение в виде факела в камере сгорания (15, е). В некоторых форсунках для распыливания используется пар или газ, выходящий из распылителя вместе с жидкостью. Наибольший угол конуса (до 180°) при вершине имеет факел при истечении вращающейся жидкости, наименьший (10–20°) – у струйных форсунок, когда жидкость вытекает из цилиндрического сопла. Форсунка мо-жет иметь клапан, например игольчатый 7, с помощью которого осущест-вляется изменение количества подаваемого вещества, начало и конец подачи. Управление работой клапана производится вручную, давлением подаваемой жидкости или автоматическими устройствами. Форсунки, применяемые для распыливания газового и пылевидного топлива, называются горелками.
2.9. Газовая топка
Газовая топка котла или промышленной печи оборудована газовыми горелками, предназначенными для сжигания газообразного топлива. Преимущества газовой топки – простота обслуживания, отсутствие шлака. Топки котлов большой мощности часто рассчитывают на сжигание двух видов топлива: газ-мазут или уголь-газ, для чего применяются комбинированные газомазутные и пылегазовые горелки. Основным газообразным топливом для котлов является природный газ; в печах используются также доменные, генераторные и другие газы.
Газовая горелка, устройство для смешения воздуха (кислорода) с газообразным топливом с целью подачи смеси к выходному отверстию и сжигания ее здесь с образованием устойчивого фронта горения (факела). Основ-ные элементы газовой горелки: смеситель и горелочная насадка со стабили-зирующим устройством. В зависимости от назначения и условий эксплуатации газовой горелки ее элементы имеют различное конструктивное исполнение.
В диффузионных газовых горелках в камеру сжигания подводятся газ и воздух. Смешение газа и воздуха происходит в камере горения. Большинство диффузионных газовых горелок монтируют на стенках топки или печи. В котлах получили распространение подовые газовые горелки, которые размещаются внутри топки, в нижней ее части. Подовая горелка состоит из одной или нескольких газораспределительных труб, в которых просверлены отверстия. Труба с отверстиями устанавливается на колосниковой решетке или поду топки в щелевом канале, выложенным из огнеупорного кирпича. Через огнеупорный щелевой канал поступает требуемое количество воздуха. При таком устройстве горение струек газа, выходящих из отверстий в трубе, начинается в огнеупорном канале и заканчивается в топочном объеме. Подовые горелки создают малое сопротивление прохождению газа, поэтому они могут работать без принудительного дутья. Характеризуются более равномерной температурой по длине факела. Однако эти горелки требуют повышенного коэффициента избытка воздуха (по сравнению с инжекционными), создают более низкие тепловые напряжения топочного объема и худшие условия для догорания газа в хвостовой части факела, что может приводить к неполному сгоранию газа.
Диффузионные газовые горелки применяют в промышленных печах и котлах, где требуется равномерная температура по длине факела.
В инжекционных горелках воздух для горения засасывается (инжектируется) за счет энергии струи газа, и их взаимное смешение происходит внутри корпуса горелки. Иногда в инжекционных горелках подсасывание необходимого количества горючего газа, давление которого близко к атмосферному, осуществляется энергией струи воздуха. В горелках полного смешения (с газом перемешивается весь необходимый для горения воздух), работающих на газе среднего давления, образуется короткий факел пламени, а горение завершается в минимальном топочном объеме.
| Рис. 16. Инжекционная излучающая панельная газовая горелка производительностью до 720 МДж/ч |
В инжекционные горелки частичного смешения поступает только часть (40–60 %) требующегося для горения воздуха (первичный воздух), который и смешивается с газом. Остальное количество воздуха (вторичный воздух) поступает к факелу пламени из атмосферы за счет инжектирующего действия газовоздушных струй и разрежения в топках. В отличие от инжекционных горелок среднего давления, в горелках низкого давления образуется однородная газовоздушная смесь с содержанием газа больше верхнего предела воспламенения; эти горелки устойчивы в работе и имеют широкий диапазон тепловой нагрузки.
Для устойчивого горения газовоздушной смеси в инжекционных горелках среднего и высокого давления применяют стабилизаторы: дополнительные поджигающие факелы вокруг основного потока (горелки с кольцевым стабилизатором), керамические туннели, внутри которых происходит горение газовоздушной смеси, и пластинчатые стабилизаторы, создающие завихрение на пути потока. В топках значительных размеров инжекционные горелки собирают в блоки из двух и более горелок.
Для оперативного перехода с одного вила топлива на другой (особенно в зимние месяцы), а также для совместного сжигания различных видов топлива используют комбинированные горелки: газомазутные и пылегазовые.
Комбинированные горелки применяют также, когда требуется создать светящееся пламя или когда на газе невозможно обеспечить нужную температуру в топке.
Газомазутная горелка (рис. 17) состоит из газовой, воздушной и жидкостной частей, обеспечивающих соответственно подвод необходимого количества для сжигания газа, воздуха и мазута. В пылегазовой горелке для сжигания природного газа в крупных котлах электрических станций газ поступает через периферийные отверстия и направляется к центру, смешиваясь по пути с закрученным потоком воздуха. Горелка снабжена телескопическим устройством с винтовым приводом, позволяющим убирать внутрь трубу, по которой при работе котлов на газовом топливе подается в топку воздушно-пылевая смесь. Телескопическое устройство препятствует попаданию пыли в щели между передвижной и стационарной частями трубы.
| Рис. 17. Комбинированная газомазутная горелка: 1 – корпус; 2 – камера смешения; 3 – регулятор подачи мазута |
В 50-х гг. XX в. получили распространение вихревые (или циклонные) топки, в которых частицы твердого топлива (размером до нескольких десятков миллиметров) почти полностью сгорают в камере-предтопке, где создается газо-воздушный вихрь. Факельные и вихревые топки объединяются в общий класс камерных топок.
2.10. Вихревые топки
Вихревые топки (рис. 18) применяются для сжигания всех видов топлива. В этих топках создается циркуляционное движение топлива в газовоздушном вихре, что увеличивает время пребывания топлива в топочной камере и обеспечивает большую устойчивость горения. Топливо перед сжиганием готовится также, как и для факельных топок.
Подвижное топливо (угольная пыль, мазут или топливный газ) вводится в топку горелкой, в которой струя топлива смешивается с сильно закрученным потоком воздуха. Например, угольная пыль сначала подхватывается потоком первичного воздуха. Горелка придает этому вращающемуся потоку форму узкого конуса. Затем к нему подводится полный поток вторичного воздуха, и конус дополнительно закручивается.
Рис. 18. Вихревая горелка для сжигания смеси угольной пыли с воздухом
|
Вихревой называется циклонная топка, в которой осуществляется спиральное движение газовоздушного потока, несущего частицы топлива и шлака. Вихревая топка используются в качестве предтопков камерных топок на тепловых электростанциях и как технологические печи, например, для обжига медных руд. В вихревых топках частицы топлива поддерживаются во взвешенном состоянии за счет несущей силы мощного вихря, вследствие чего в ней не выпадают даже крупные частицы (5 – 10 мм и более). В современных вихревых топках сжигаются куски твердого топлива размером 2 – 100 мм, при скорости струи подаваемого воздуха 30 – 150 м/сек. Существуют горизонталь-ные (рис. 19) и вертикальные циклонные предтопки, причем последние применяются значительно реже. Диаметр (D) горизонтальных циклонных предтопков – 1,2 – 4 м, относительная длина их (L/D) не превышает 1,5 – 1,6. Топки этого типа широко используются за рубежом.
Вихревые топки характеризуются высоким тепловым напряжением сечения топочной камеры 42 – 63 Гдж/(м2·ч) ее объема (8,5 – 21) Гдж/(м3·ч) и степенью улавливания шлака до 90 %. В камерной топке тепловое напряжение объема в 10–20 раз меньше, а степень улавливания шлака не превышает 80 %. Одна крупная вихревая топка позволяет обеспечить паропроизводительность котла лишь до 150 – 180 т/ч, поэтому у котлов большой мощности устанавли-вают до 12 – 14 горизонтальных циклонных предтопков. Область их примене-ния – котлоагрегатысредней и высокой паропроизводительности (до 2000 т/ч и более). В отличие от газовых и мазутных топок, в пылеугольных топках во избежание шлакования конвективных поверхностей нагрева продукты сгорания должны иметь температуру меньше, чем температура плавления шлака. Для этого стены топок сплошь покрывают топочными экранами.
3. КОТЛЫ
3.1. Типы паровых котлов
Существуют два основных типа паровых котлов: газо- и водотрубные. Все котлы (жаротрубные, дымогарные и дымогарно-жаротрубные), в которых высокотемпературные газы проходят внутри жаровых и дымогарных труб, отдавая тепло воде, окружающей трубы, называются газотрубными. В водотрубных котлах по трубам протекает нагреваемая вода, а топочные газы омывают трубы снаружи. Газотрубные котлы опираются на боковые стенки топки, тогда как водотрубные обычно крепятся к каркасу котла или здания.
Газотрубные котлы
В современной теплоэнергетике применение газотрубных котлов (рис. 20) ограничивается тепловой мощностью около 360 кВт и рабочим давлением около 1 МПа. При проектировании сосуда высокого давления, каким является котел, толщина стенки определяется заданными значениями диаметра, рабочего давления и температуры.
| Рис. 20. Горизонтальный оборотный дымогарный газотрубный паровой котел: 1 – подвод топлива и воздуха; 2 – топочная камера; 3 – дымогарные трубы прямого прохода; 4 – дымогарные трубы обратного прохода; 5 – задняя трубная решетка; 6 – вход воды; 7 – выход пара; 8 – сепаратор пара; 9 – барабан; 10 – пар; 11 – вода; 12– водомерное стекло; 13 – дымоход к дымовой трубе; 14 – дымовой короб; 15 – слив |
При превышении указанных предельных параметров требуемая толщина стенки оказывается неприемлемо большой. Кроме того, необходимо учитывать требования безопасности, т. к. взрыв крупного парового котла, сопровождаю-щийся мгновенным выбросом больших объемов пара, может привести к катастрофе.
При современном уровне техники и существующих требованиях к безопасности газотрубные котлы можно считать устаревшими, хотя еще находятся в эксплуатации многие тысячи таких котлов тепловой мощностью до 700 кВт, обслуживающих промышленные предприятия и жилые здания.
Водотрубные котлы
Водотрубный котел был разработан в связи с непрерывно растущими требованиями повышения паропроизводительности и давления пара. Дело в том, что, когда пар и вода повышенного давления находятся в трубе не очень большого диаметра, требования к толщине стенки оказываются умеренными и легко выполнимыми. Водотрубные паровые котлы по конструкции значительно сложнее газотрубных. Однако они быстро разогреваются, практически безопасны в отношении взрыва, легко регулируются в соответствии с изменениями нагрузки, просты в транспортировке, легко перестраиваемы в проектных решениях и допускают значительную перегрузку. Недостатком водотрубного котла является то, что в его конструкции много агрегатов и узлов, соединения которых не должны допускать протечек при высоких давлениях и температурах. Кроме того, к агрегатам такого котла, работающим под давлением, затруднен доступ при ремонте.
Водотрубный котел состоит из пучков труб, присоединенных своими концами к барабану (или барабанам) умеренного диаметра, причем вся система монтируется над топочной камерой и заключается в наружный кожух. Направляющие перегородки заставляют топочные газы несколько раз проходить через трубные пучки, благодаря чему обеспечивается более полная теплоотдача. Барабаны (разной конструкции) служат резервуарами воды и пара; их диаметр выбирается минимальным во избежание трудностей характерных для газотрубных котлов. Водотрубные котлы бывают следующих типов: горизонтальные с продольным или поперечным барабаном; вертикальные с одним или несколькими паровыми барабанами; радиационные; вертикальные с вертикальным или поперечным барабаном и комбинации перечисленных вариантов, в некоторых случаях с принудительной циркуляцией.
Топочные экраны
В топках водотрубных котлов часто предусматривают радиационные экраны, которые позволяют повысить тепловыделение в топке при меньшей тепловой нагрузке на ее стенки. Благодаря этому снижаются затраты времени на техническое обслуживание и повышается кпд, а кроме того, существенно снижаются требования к теплоизоляции стенок. Экраны выполняют в виде частых труб, по которым проходит котловая вода; образующийся в них пар отводится в паровой барабан. Такими экранами обычно защищают (полностью или частично) стены котельной установки. Трубы могут быть гладкими, с проставкой, плавниковыми, ошипованными, с огнеупорной обмазкой.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1474; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!