8_Sposoby_szhigania_organicheskogo_topliva

211

также подсос горячих топочных газов к корню факела, что интенсифицирует воспламенение топлива. Вторичный воздух, подаваемый через улитку, выходит в топку завихренным через кольцевое пространство, образуемое наконечником и обмуровкой. Для растопки, а также при необходимости подсвечивать пылеугольный факел предусматривают установку мазутной форсунки, для чего в корпусе горелки имеется отверстие 6. В вихревых горелках, показанных на рис. 8.41, б–д, мазутные форсунки установлены по центру горелки.

а)

б)

в)

г)			д)

Рис. 8.41. Принципиальные схемы лылеугольных вихревых горелок: а – прямоточноулиточная; б – прямоточно-лопаточная; в – двухулиточная; г – улиточно-лопаточная; д – лопаточпо-лопаточная; 1 – первичный воздух с угольной пылью: 2 – вторичный воздух

Горелки этого типа имеют производительность от 1 до 3,8 кг.у.т./с, что определяет их тепловую мощность от 25 до 100 МВт. Наиболее распространены двухулиточные и улиточно-лопаточные горелки, последние применяют для горелок большой тепловой мощности (75–100 МВт).

Вихревые горелки отличаются повышенной эжекцией горячих топочных газов в поступающую пылевоздушую смесь, что обеспечивает ее быстрый прогрев до температуры воспламенения. Лопаточный завихривающий аппарат может быть выполнен поворотным, что позволяет производить оптимальную настройку аэродинамики горелки.

На полноту сгорания топлива сильное влияние оказывают скорости вдувания в топку аэропыли и вторичного воздуха. Повышение скорости усиливает турбулентное перемешивание потоков, однако при слишком большой скорости произойдет отрыв факела от горелки. Для лучшего перемешивания угольной пыли с горячим воздухом необходимо сохранять различие в скоростях этих потоков. Так, скорость аэропыли на выходе из горелки поддерживают на уровне ω1 = 14–25 м/с, а скорость вторичного воздуха должна быть ω2 =

(1,2–1,4)ω2 .

212

Рис. 8.42. Вихревая пылеугольная горелка ОРГРЭС: 1 – улитка вторичного воздуха; 2 – входной патрубок первичного воздуха; 3 – труба первичного воздуха, 4 – наконечник; 5 – конус-рассекатель; 6 – отверстие для мазутной форсунки; 7 – штурвал управления конусом; 8 – рукоятка языкового шибера; 9 – порог

Вихревые горелки универсальны и применимы для любого твердого топлива, но наибольшее распространение они получили при сжигании топлив с малым выходом летучих веществ. Горелки повышенной тепловой мощности выполняют с двумя регулируемыми коаксиальными каналами по вторичному воздуху, что обеспечивает сохранение необходимых скоростей воздуха при работе на пониженных нагрузках. При нагрузке ниже 70% номинальной периферийный канал воздуха перекрывают и тем обеспечивают поддержание высокой его скорости. Вихревые горелки создают более короткий факел по длине и широкий угол его раскрытия. Они обеспечивают интенсивное перемешивание потоков и глубокое выгорание топлива (до 90–95%) на относительно короткой длине факела. В этом отношении вихревые горелки являются горелками «индивидуального действия», обеспечивая каждая самостоятельно сжигание топлива.

Определяющим конструктивным параметром вихревых горелок является диаметр амбразуры Da . Горелки размещают на достаточном расстоянии

друг от друга – (2,2–2,3) Da , и от боковых стен – (1,6–2) Da , чтобы исключить

раннее взаимодействие факелов и наброс факела на стены. При однофронтальном расположении горелок в 1–2 яруса экран задней стены получает повышенное тепловосприятие (на 10–20% выше среднего), и для исключения шлакования стены при твердом шлакоудалении глубина топки должна быть не менее bт = (6–7) Da . Встречное двухфронтальное расположение горелок (см.

рис. 8.29) характерно для мощных паровых котлов, когда необходимое число горелок невозможно разместить на одной фронтовой стене.

При встречном расположении выравнивается теплонапряжение экранов топки, повышается уровень температур в центре топки.

213

Прямоточные горелки. Прямоточные горелки ввиду более низкой турбулизации потока, создают дальнобойные струи с малым углом расширения и вялым перемешиванием первичного и вторичного потоков. Поэтому успешное сжигание топлива достигается взаимодействием струй разных горелок в объеме топочной камеры. Для этого применяют встречное расположение горелок с двух противоположных, стен топки или угловое с тангенциальным направлением струй в объеме топки (рис. 8.43).

	т
	b
	ат
а)	б)

Рис. 8.43. Расположение прямоточных горелок на стенах топки: а – встречное; б – тангенциальное; dу – условный внутренний диаметр вращения факела

Прямоточные горелки могут быть прямоугольной формы (плоские) или круглые (рис. 8.44). Горелки прямоугольной формы, особенно вытянутые по высоте, обладают высокой эжекцией окружающей газовой среды с боковых сторон струи. Поэтому такие горелки при внешней подаче аэропыли (рис. 8.44, а) имеют преимущества по условиям воспламенения. Круглые горелки обычно выполняют с отдельной подачей аэропыли и горячего воздуха (рис. 8.44, б). Встречный наклон двух блоков горелок, расположенных в одной плоскости по высоте, улучшает перемешивание и сгорание. Такие горелки получили название плоскофакельных. Горелки с внутренней подачей топлива и рассекателем (рис. 8.44, в) имеют лучшие условия перемешивания с воздухом, но прогрев топлива происходит медленнее, поэтому такая горелка более приемлема для качественного каменного угля с высоким выходом летучих веществ. При угловом расположении горелок и тангенциальном движении фа-

214

кела в сечении топки чаще всего применяют блоки щелевых горелок (рис. 8.44, г).

а)

б)

г)

в)

Рис. 8.44. Прямоточные пылеугольные горелки: а – прямоугольные с центральным каналом горячего воздуха; б – плоскофакельиая с круглыми соплами; в – прямоугольная с поворотной головкой и внутренней подачей аэропыли; г – щелевая блочная; В – подвод воздуха; Тл – подвод топливо-воздушной меси; М – подвод мазута; 1 – канал аэропыли; 2 – канал горячего воздуха; 3 – подсос топочных газов к струе аэропыли; 4 – поворотная головка; 5 – рассекатель; 6 – растопочный блок

215

Прямоточные горелки применяют в основном для сжигания высокореакционных топлив: бурых углей, торфа, сланцев и каменных углей с высоким выходом летучих веществ. Скорость пылевоздушной смеси на выходе из горелок принимают ω1 = 20–28 м/с, а оптимальная скорость вторичного воздуха

ω2 = (1,5–1,7)ω1 .

Горелки для высококонцентрированной пыли получают все более широкое применение. Подача пыли из бункера к горелке происходит в этом случае не первичным потоком воздуха, а с помощью небольшого количества (0,1– 0,3% всего расхода) сжатого воздуха (СВ), который обеспечивает достаточно хорошую текучесть аэропыли (АП) по пылепроводу малого диаметра – 60–90 мм (рис. 8.45, а). Распыл подаваемой в котел пыли обеспечивается непосредственно на входе в горелку при смешении пыли с первичным потоком воздуха (рис. 8.45, б, в). При этом ликвидируется громоздкая система пылепроводов диаметром 300–500 мм от бункеров пыли к горелкам котла, обеспечивается равномерность раздачи пыли по горелкам, резко снижается удельный расход энергии на пневмотранспорт и создается возможность регулировать расход первичного воздуха в зависимости от нагрузки, что ранее было невозможно по условиям транспорта пыли.

б)

в)

а)

Рис. 8.45. Горелки с подачей высококонцентрированной пыли: а – смеситель пыли с воздухом; б – прямоточная горелка; в – двухулиточная вихревая горелка; 1 – обмуровка топки; 2 – амбразура горелки; 3 – распылитель; 1 – первичный воздух; II – вторичный воздух; П – пыль; СВ – сжатый воздух; АП – аэропыль

216

Аэродинамическое сопротивление горелки по вторичному воздуху, Па, определяется по формуле

H	гор	= 0,5ξ	гор	ω2	ρ	в	,	(8.10)
				в

где ωв , ρв – аксиальная скорость, м/с, и плотность воздуха, кг/м3, при его температуре в горелке; ξгор – коэффициент сопротивления горелки, кото-

рый для прямоточных горелок составляет 1,5–2,0 и для вихревых – 2,5– 3,5.

При размоле угля в молотковых мельницах в ряде случаев угольная пыль вводится в топочную камеру через специальные горелки – амбразу- ры (рис. 8.46). В установках малой производительности подача готовой угольной пыли с первичным воздухом иногда осуществляется при помощи простейшей открытой амбразуры (рис. 8.46, а). Сопла-шлицы для подачи в топку вторичного воздуха располагаются над и под амбразурой. При сжигании бурых углей и фрезерного торфа скорость выхода пылевоздушной смеси из амбразуры принимают 4–5 м/с, а скорость выхода из сопл вторичного воздуха – 20–25 м/с. Работа таких горелок – открытых амбразур характеризуется, однако, малым углом раскрытия факела, дальнобойностью, плохим перемешиванием пыли с вторичным воздухом, неблагоприятными условиями для воспламенения и горения пыли и др.

Амбразуры с горизонтальным рассекателем (рис. 8.46, б) обеспечи-

вают увеличение угла раскрытия факела, улучшение воспламенения пыли, однако в них не устранен ряд других недостатков. Топка работает с повышенными потерями от механического недожога.

Значительного улучшения аэродинамики топки достигают применением эжекционных амбразур ЦКТИ (рис. 8.46, в). Подача вторичного воздуха при помощи щелевых насадок через амбразуру интенсифицирует перемешивание пылевоздушного потока и вторичного воздуха. Часть вторичного воздуха со скоростью 35–45 м/с подается через сопла на задней стенке топки, чтобы ядро горения находилось в центральной части топочной камеры.

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 оптимального размещения горелок учитывают особенности их рабочих характеристик.

1	3
	2
	4

а)

1 6 3

2

4

б)

217

5

1

2

в)

5

1

г)

6

д)

1 8

7

е)

Рис. 8.46. Схемы горелочных устройств топок с молотковыми мельницами: а – топка с открытой амбразурой; б – амбразура с горизонтальным рассекателем; в – эжекционная амбразура; г – амбразура с плоскими параллельными струями; д – вихревая горелка; I – шахта; 2 – амбразура; 3 – сопла вторичного воздуха (верхние); 4 – сопла вторичного дутья (нижние); 5 – сопла вторичного воздуха; 6 – рассекатель; 7 – горелка; 8 – ввод вторичного воздуха

Так, вихревые горелки создают более короткий факел по длине и широкий угол его раскрытия по сравнению с прямоточными. Интенсивное перемешивание первичного и вторичного потоков воздуха происходит за счет энергии вихревого движения, что обеспечивает глубокое выгорание топлива в ядре факела (до 90–95%). В этом смысле вихревые горелки относятся к горелкам «индивидуального действия», каждая самостоятельно обеспечивает сжигание своего топлива.

Определяющим конструктивным параметром вихревых горелок является диаметр амбразуры Da . Горелки размещают на достаточном расстояния

друг от друга – (2, 2 − 3)Da и от боковых стен (1,6 − 2)Da , чтобы исключить

раннее взаимодействие факелов и наброс факела на стены.

На рис. 8.47 показаны наиболее характерные схемы расположения вихревых пылеугольных горелок. Схемы с фронтальными и двухфронтальными

218

горелками (рис. 8.47, а, б) могут быть выполнены как в один, так и в два яруса по высоте. При однофронтальном расположении экран задней стены получает повышенное тепловосприятие (на 10—20 % выше среднего) и для исключения шлакования стены при твердом шлакоудалении глубина топки должна быть не менее b = (6 − 7)Da Встречное двухфронтальное расположе-

ние горелок характерно для мощных паровых котлов, когда необходимое число горелок невозможно разместить на одной фронтовой стене.

При встречном расположении выравнивается теплонапряжение экранов топки. Чаще всего топки с горелками по этой схеме работают с жидким удалением шлаков, так как здесь за счет раздачи факела после соударения как вверх, так и вниз повышается уровень температур у пода топки.

На рис. 8.48 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. В этом смысле прямоточные горелки можно назвать горелками «коллективного действия». Все представленные схемы нашли широкое применение при сжигании торфа, бурых и молодых каменных углей.

а)

б)

а)

б)

в)

в)

Рис. 8.47. Расположение вихревых пыле-

Рис. 8.48. Расположение прямоточных пы-

угольных горелок на стенах топочной ка-

леугольных горелок на стенах топочной ка-

ыеры: а – фронтальное двухъярусное; б –

меры: а – встречно-смещенное; б – угловое

двухфронтальное (встречное); в – встречное

с блочным соударением струй (блочное

с боковых стен топки

расположение); в – угловое с тангенциаль-

ным направлением струй (тангенциальное

расположение)

Сжигание торфа и бурых углей по схеме встречно-смещенных струй (рис. 8.48, а), 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.

	219
	Схема с угловыми горелками и тангенциальным направлением го-
	релочных струй к условной окружности в центре топки диаметром 1–2,5 м
	(рис. 8.48, в) нашла широкое применение на многих типах котлов, в том числе
	большой мощности. Ее преимущества заключаются в равномерности тепло-
	вых потоков по всем стенам топки, малой вероятности шлакования стен, так
	как вдоль них движутся уже частично остывшие газы. Схемы с тангенциаль-
		ной компоновкой можно осущест-
		вить в топке, форма которой близка
		к квадратной, т. е. отношение раз-
		меров стен 1 ≤ ат / bт ≤ 1,2 (рис. 8.49).
	Н	Это обусловливает хорошую аэро-
	В	динамику топочного объема. В то-
		почных камерах с более развитой
	Рис. 8.49. Вращательное движение факела в	шириной фронта применимы другие
	топке с угловыми прямоточными горелками	схемы размещения горелок (рис.
		8.46, а, б).
	Аэродинамика топочных камер. К аэродинамике топок предъявляется
	ряд требований, таких как: организация достаточно энергичной турбулизации
	смеси в зоне интенсивного горения пыли; организация турбулизации в зоне
	выжига, т. е. в конце топки при догораниях коксового остатка, хотя эта вто-
	ричная турбулизация осуществляется чаще всего формой самой камеры сго-
	рания; исключение лобового или скользящего удара горящего факела в стену
	топки с последующим шлакованием последней в месте соприкосновения.
	На рис. 8.50 представлены типичные варианты аэродинамики топки,
	снятые на воздушных моделях при показанных массах подаваемого воздуха
	через горелки.
	На рис. 8.50, а дано движение продуваемого воздуха при фронтальной
	компоновке прямоточных струйных горелок. Основной воздушный поток
	проходит к задней стенке, поднимается по ней вверх и направляется в труб-
	ные конвективные пучки. От потока, введенного в топку, отделяются два кру-
	говых рециркуляционных вихря, одни – мощный в область холодной ворон-
	ки, другой – вялый, расположенный по высоте передней части топки. Эти
	вихри должны подготавливать смесь к горению; в то же время они сильно
	снижают удельную тепловую нагрузку топочного объема.
	На рис. 8.50, б представлена аэродинамика топки, снятая при встречно-
	смещенной компоновке и равенстве количеств движения слева и справа. Об-
	ращает внимание полное по глубине взаимное проникновение горящих факе-
	лов, что дает энергичный прогрев и зажигание пыли непосредственно после
	подачи ее в топку.
	Турбулизация встречно-смещенных потоков настолько интенсивна, что
	явилась возможность упростить систему и поставить так называемые одно-
	фазные горелки МЭИ, у которых с фронта подается первичным воздухом
	пыль, а вторичный воздух – через заднюю стенку (это дает минимальные за-

220

траты на пылепроводы и воздуховоды). Горение пыли при однофазных горелках практически ничем не отличается от обычных двухфазных.

а)

б)

в)

г)

Рис. 8.50. Примеры аэродинамики пылеугольных топок

На рис. 8.50, в дана аэродинамика встречно-лобовой компоновки при равенстве количеств движения струй слева и справа. Встречные потоки соударяются в центре топки при практически одинаковых скоростях. В месте удара в результате торможения динамический напор трансформируется в статическое давление. При создавшемся перепаде давления общий поток растекается вверх и вниз с повышенными скоростями, а следовательно, с малым заполнением сечения топки, вследствие этого образуются большие вихри над факелом и под факелом. Поэтому на основной подъемный поток приходится только около 70 % сечения топки. Обращает внимание тот факт, что при подобной аэродинамике отсутствуют прямые удары факела в стены топки, а поэтому отсутствуют на стенах и очаги шлакования. Однако это будет справедливо только при равенстве количеств движения (рис. 8.50, в), а так как в эксплуатации невозможно строгое поддержание равенств количеств движения встречных пылевоздушных потоков, то шлакование топки при встречной лобовой компоновке горелок может иметь место.

Для избежания подобного шлакования у боковых стен начали выполнять свободные проходы между крайними (левыми и правыми) горелками для беспрепятственного выпуска продуктов сгорания в верхнюю часть топки.

На рис. 8.50, г показана аэродинамика топки при встречной лобовой компоновке горелок и неравномерном распределении по обеим сторонам количеств движения. Разница в скоростях истечения из горелок в 30% сделала значительный перекос всей массы подаваемого воздуха, а это при горении пыли влечет энергичный наброс горящего факела на соответствующую стену и ее шлакование.