Камерное сжигание твердого топлива Горелки для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии

В горелочном устройстве происходит подготовка горючей смеси к сжиганию: подаются топливная пыль с температурой 70÷130 °С (зависит от взрывоопасности топлива) с первичным воздухом и вторичный воздух с температурой 250÷420 °С непосредственно из воздухоподогревателя.

Образование горючей смеси завершается в топке. От конструкции и эффективности работы горелок зависит интенсивность воспламенения, скорость и полнота сгорания топлива. В горелочное устройство первичного воздуха необходимо подать ровно столько, чтобы его хватило для сгорания летучих (доля первичного воздуха лежит в пределах 15÷60%). Вторичный воздух (доля 85÷40%) необходим для завершения сгорания топлива. Разделение воздуха на первичный и вторичный производится с целью интенсификации прогрева топлива и его воспламенения. По конструкции различают круглые (турбулентные) горелки и прямоточные (щелевые).

Тип горелки	а	б	в
	Одноулиточная	Двухулиточная	Улиточно-лопаточная
Конструкция	ОРГРЭС	ТКЗ, ЗиО	ЦКТИ
Характер подвода пылевоздушной смеси	аксиально в центральном стволе	закручено в улитке	закручено в улитке
Характер подвода вторичного воздуха	закручено в улитке	закручено в улитке	закручено в лопаточном аппарате

Турбулентные (круглые) горелки.

ω₁ = 12÷18 м/с

ω₂ = 20÷30 м/с

Топочные камеры для сжигания пылевидного топлива

Топки с твердым шлакоудалением

При удалении шлака в твердом состоянии топочная камера представляет собой вертикальную прямоугольную шахту, заканчивающуюся внизу холодной воронкой, где завершается процесс грануляции (затвердевания шлака). Как правило, топки с твердам шлакоудалением являются открытыми. Должно соблюдаться условие , т.е. температура газов на выходе из топки должна быть меньше температуры начала деформации золы, чтобы исключить шлакование поверхностей нагрева за топочной камерой.

Для сжигания низкореакционных твердых топлив область топочных экранов вблизи горелок покрывается огнеупорной массой и называется зажигательным поясом. Он позволяет повысить температуру факела вблизи горелочных устройств и получить более полное воспламенение и сгорание топлива.

Конструкция ошипованных экранов

1- шипы; 2- трубы; 3- обшивка;

4- пластичная хромитовая теплоизолирующая масса;

5- огнеупорный карборунд.

Для бурых и высокореакционных каменных углей (Г, Д, СС) q₄ = 0,5÷1,5%; для низкореакционных твердых топлив (А, ПА, Т) q₄ = 6÷7%.

Величина теплового напряжения объема топки: q_V = 100÷140 кВт/м³.

При твердом шлакоудалении основная часть минеральной части (95%) уходит с золой, и лишь 5% - со шлаком. Это вызывает усиленный абразивный износ поверхностей, расположенных за топкой, и препятствует повышению скоростей газов для интенсификации конвективного теплообмена. Кроме того, увеличивается выбросы золы в атмосферу.

Топки данного вида применяют для сжигания топлив с умеренным и большим V^Г (V^Г>20%), высокозольных топлив и топлив, имеющих тугоплавкую золу.

Топки с жидким шлакоудалением.

В топках данного вида температура газов в нижней части топки должна превышать температуру нормального жидкоплавкого состояния золы t₃ на 50÷100 ^оС. Для этого топки разделяются по высоте на две зоны:

1. горячая часть топки-зона плавления шлака (топочные экраны покрыты огнеупорной массой);

2. холодная радиационная поверхность (зона) с открытыми экранными трубами.

Нижняя часть топки выполняется в виде горизонтального или слабонаклонного пода. Горелочные устройства выполняются ближе к поду.

Существуют следующие виды топок с жидким шлакоудалением:

1 – поверхность топки, покрытая огнеупорной обмазкой;

2 – холодная радиационная поверхность; 3 – подача топлива;

4 – шлакоулавливающий пучок труб, покрытых огнеупорнойной футеровкой.

а) Открытая однокамерная топка

а_шл = 10÷15%

q_v = 200÷210 кВт/м³

D_мин = (0,7÷0,8)D_ном – минимальная нагрузка по условию выхода жидкого шлака. В противном случае наблюдается застывание шлака на стенках топочных экранов и поде.

Недостатки открытых топок:

• интенсивное шлакование топочных экранов в зоне перехода от горячей к холодной зоне;

• высокая отдача тепла в зону 2 ограничивает минимальную нагрузку котла по условию выхода жидкого шлака;

• невысокая степень улавливания шлака в топке.

б) Полуоткрытая однокамерная топка

Пережим служит для отделения зоны плавления от зоны охлаждения, Отдача тепла в вернюю часть топки заметно сокращается. В камере горения температура газов составляет 1600-1800⁰С.

а_шл = 20÷40%

q_v = 200÷250 кВт/м³

D_мин = 0,6*D_ном – минимальная нагрузка по условию выхода жидкого шлака.

в) Двухкамерная топка

Зона плавления отделяется от зоны охлаждения шлакоулавливающим пучком, выполненным путем разводки нижней части труб фронтового экрана. Трубы шлакоулавливающего пучка, для исключения шлакования, покрываются огнеупорной массой (утепляются)

а_шл = 70%

q_v = 200÷250 кВт/м³

D_мин = (0,4-0,5)D_ном – минимальная нагрузка по условию выхода жидкого шлака.

г) Топка с циклонными предтопками

Вихревое движение газовоздушного потока в предтопке позволяет сжигать мелкодробленое топливо (δ=1-5мм), что существенно сокращает расход энергии на размол. Частицы топлива подвержены воздействию двух основных сил: центробежной, отбрасывающей их на периферию (к внутренней стенке предтопка); силы аэродинамического сопротивления газовоздушного потока выносящей частицы из предтопка. Соотношение этих сил зависит от размера частиц, поэтому частицы по сечению циклона распределены неравномерно. Наиболее крупные отбрасываются к стенкам предтопка и там вовлекаются в вихревое движение до полного выгорания. Мелкие частицы сгорают в полёте ближе к оси предтопка.

Интенсивное вихревое движение обеспечивает значительное улавливание шлака а_шл=0,6-0,9;

J_г^ц=1800-1900⁰С

q_v ^ц = 2-6Мвт/м³ .

Однако развитая камера охлаждения снижает общее тепловое напряжение объёма топки- q_v =200-300 Квт/м³

д) Вихревые топки

Преимущества топок с жидким шлакоудалением

1. Благодаря высокой температуре в зоне плавления шлака снижается потеря тепла с механическим недожогом (q₄) на 50-30%. Например. для АШ с 6-7% до 3-4%.

2. Общее тепловое напряжение объёма топки (q_v)в среднем в два раза выше, чем в топках с твердым удалением шлака, что позволяет снизить габариты топки.

3. Увеличение а_шл снижает абразивный износ и загрязнения поверхностей, сокращаются затраты на золоулавливающую установку и выброс золы в окружающую среду.

4. За счет уплотнения нижней части топки сокращаются присосы воздуха в топку, что снижает потерю тепла с уходящими газами (q₂)

Недостатки топок с жидким шлакоудалением

1. Растет потеря тепла с физическим теплом шлака (q₆), что в некоторых случаях может превзойти снижение q₄ .

2. Снижается диапазон регулирования нагрузки по условию выхода жидкого шлака, особенно в однокамерных топках.

3. Рост температуры факела ведет к увеличению концентрации NO_X в продуктах сгорания.

Жидкое шлакоудаление применяется для сжигания низкореакционных каменных углей, что позволяет снизить q₄, а также для топлив с относительно легкоплавкой золой (t₃<1150-1300 ^oC) и топлив с умеренной зольностью.

ЛЕКЦИЯ №14