ОПЫТ ОАО «СИБЭНЕРГОМАШ» (БКЗ) ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ПРОИЗВОДСТВУ КОТЛОВ ОАО «Сибэнергомаш» является специализированным ведущим предприятием России по производству энергетического оборудования, в том числе паровых котлов паропроизводительностью от 50 до 820 т/ч и водогрейных котлов теплопроизводительностью от 30 до 180 Гкал/ч. Богатый опыт проектирования и изготовления котлов позволяет создавать котлы для сжигания широкой гаммы твердых топлив, газа и мазута. Предприятие обладает высококвалифицированными специалистами, уникальным технологическим и испытательным оборудованием, современными средствами вычислительной техники. Кроме разработки проектов новых котлов ОАО «Сибэнергомаш» занимается реконструкцией и модернизацией ранее изготовленных котлов с целью улучшения технико- экономических и экологических показателей, перевода котлов на сжигание новых (непроектных) топлив. 2

ОСОБЕННОСТИ ЭКИБАСТУЗСКОГО ТОПЛИВА ПРЕДЪЯВЛЯЮТ ОСОБЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТОПОЧНО-ГОРЕЛОЧНЫМ УСТРОЙСТВАМ Экибастузское месторождение является одним из крупнейших месторождений энергетических углей, на котором работают станции Казахстана, Урала и Западной Сибири. Основные особенности данного топлива: повышенная зольность, низкая влажность, высокая абразивность золы, отсутствие шлакования при избытке воздуха в зоне горения больше единицы возникновение шлакования при избытке воздуха в зоне горения меньше единицы. Эти свойства топлива предъявляют определённые требования к конструкциям топочно- горелочных устройств и оказывают заметное влияние на организацию его сжигания. 5

ОАО «СИБЭНЕРГОМАШ» (БКЗ) ИМЕЕТ БОЛЬШОЙ ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОТЛОВ, РАБОТАЮЩИХ НА ЭКИБАСТУЗСКОМ УГЛЕ ОАО «Сибэнергомаш» (БКЗ) имеет большой опыт проектирования котлоагрегатов, работающих на Экибастузском угле, так в настоящий момент на теплоэлектроцентралях Казахстана и России находятся в работе около 60 паровых и водогрейных котлов, подтверждающих свою надёжную работу в течение долгого периода времени. В первоначальный период освоения Экибастузского угольного бассейна Барнаульским котельным заводом были изготовлены для ТЭЦ котлоагрегаты моделей БКЗ, БКЗ, БКЗ различных модификаций. Основной задачей проектирования котлоагрегатов на тот момент времени являлось обеспечение надёжной и экономичной работы. Одним из наиболее полно удовлетворяющих все требования заказчиков на тот период стал котлоагрегат БКЗ, проект которого в восьмидесятые годы был разработан Барнаульским котельным заводом. Этот котёл был изготовлен и поставлен на различные ТЭЦ. 6

КОТЕЛ БКЗ Компоновка такого котла выполнена по Т-образной сомкнутой схеме. Топка открытого типа, призматической формы верхняя её часть в горизонтальном сечении по осям труб противоположных экранов имеет размеры 15420х3860мм, а нижняя часть – 15420х8980 мм. Котёл оборудован индивидуальными системами пылеприготовления с прямым вдуванием. Размол и сушка угля осуществляется в молотковых мельницах. Сушка производится горячим воздухом. Топка оборудована вихревыми двухпоточными пылеугольными горелками, расположенными на боковых стенах в один ярус (Рис.1). Котлы этой модели показали высокую надёжность в эксплуатации, КПД их находился на уровне 92,5%. По отдельным измерениям, выполняемым во время испытаний, концентрация оксидов азота (NOх), за котлом составляла мг/нм3 (при α=1,4). 7 Рис. 1 – Схема топочно-горелочного устройства котла БКЗ

КОТЕЛ БКЗ А Восьмидесятые годы предыдущего столетия характеризовались началом борьбы за экологию. В нормативных документах появились требования по предельно допустимым выбросам оксидов азота за котлом. С целью снижения выбросов окислов азота, ОАО «Сибэнергомаш» в 2003 году изготовил для Астанинской ТЭЦ-2 котёл новой модификации БКЗ А ст. 6. Компоновка, форма и размеры топки, а также система пылеприготовления остались аналогичными с моделью БКЗ С учётом имеющихся у ОАО «Сибэнергомаш» наработок, для организации топочного процесса топка оборудована прямоточными пылеугольными горелками и соплами нижнего дутья (Рис. 2). Пылеугольные горелки расположены тангенциально на боковых стенах топки в два яруса и имеют разворот осей, создающий в плане топки два вихря. Сопла нижнего дутья (СНД) расположены по встречно-смещённой схеме на скатах холодной воронки. Котёл пущен в эксплуатацию в 2007 году. При использовании прямоточных горелок и сопел нижнего дутья без проведения каких-либо режимно-наладочных работ удалось снизить выбросы NOх на номинальной нагрузке до мг/нм 3, при обеспечении надёжной и экономичной работы котла. 8

КОТЕЛ БКЗ А Ввиду того, что заявленные показатели по выбросам окислов азота не были достигнуты, ОАО «Сибэнергомаш» произвело реконструкцию топочно-горелочного устройства. Была смонтирована дополнительно система сопел третичного дутья. Сопла третичного дутья расположены над основными горелками по тангенциальной схеме. Направление крутки совпадает с направлением крутки основных горелок (Рис. 2) 9 Рис. 2 – Схема топочно-горелочного устройства котла БКЗ А.

КОТЕЛ БКЗ А В 2011 году, по окончании монтажа системы сопел третичного дутья, специалистами «УралВТИ» совместно со специалистами ОАО «Сибэнергомаш» проведен комплекс режимно- наладочных испытаний, целью которого являлась оценка эффективности реконструкции котла (совместное влияние системы сопел нижнего и третичного дутья на уровень концентрации окислов азота в дымовых газах). По результатам режимной наладки можно сделать следующие выводы: Оптимальное соотношение расходов воздуха на сопла нижнего и третичного дутья составляет на номинальной нагрузке 3:1. С увеличением расхода воздуха на третичное дутьё концентрация NOx снижается, при этом чем больше доля нижнего дутья, тем больше эффект от увеличения доли третичного дутья, но влияние третичного дутья заметно слабее по сравнению с влиянием нижнего дутья. Выдерживание параметров, приведённых в режимной карте, выданной после проведения режимно-наладочных работ, обеспечивает надёжную работу котла с номинальными параметрами пара на нагрузке (420т/ч), КПД котла составляет 91,0%, при этом выбросы оксидов азота NOx в уходящих газах, приведенные к α=1,4, не превышают гарантированное значение 550 мг/нм 3. 10

КОТЕЛ БКЗ Наряду с использованием прямоточных горелок, с целью снижения выбросов NOх, ОАО «Сибэнергомаш» решает эту же проблему с применением вихревых горелок. Данное решение реализовано на котлоагрегате БКЗ ст. 1 Павлодарской ТЭЦ-3. Компоновка котла, выполнена по той же схеме, что и в вышеописанных котлах, система пылеприготовления аналогична предыдущим. Модернизированное топочно-горелочное устройство представлено вихревыми горелками, системой сопел нижнего дутья и воздушными соплами третичного дутья (Рис. 3). Однопоточные пылеугольные горелки установлены на боковых стенах топки в один ярус. Сопла нижнего дутья расположены по встречно-смещённой схеме на скатах холодной воронки. Сопла третичного дутья, расположены на боковых стенах топки над пылеугольными горелками. Котёл пущен в эксплуатацию в январе 2012 года. Согласно результатам испытаний, выполненных специалистами ЗАО «Е4-СибКОТЭС» совместно со специалистами ОАО «Сибэнергомаш», достигнуты выбросы оксидов азота при α=1,4 менее 500 мг/нм 3 c обеспечением надёжной работы котла и всех гарантийных показателей. Вариант топочно-горелочного устройства с применением вихревых горелок сопоставим с вариантом установки горелок немецкой фирмы Steinmuller Engineering GmbH, но дешевле его в 5-10 раз. 11

КОТЕЛ БКЗ Рис. 3 – Схема топочно-горелочного устройства котла БКЗ А.

КОТЕЛ БКЗ Продолжением работ по совершенствованию топочно-горелочных устройств является выполненная ОАО «Сибэнергомаш» реконструкция (с сохранением существующего каркаса и барабана) котла БКЗ ст. 6 Петропавловкой ТЭЦ-2. Котёл выполнен по П-образной схеме, топка открытого типа, призматической формы имеет в плане по осям труб размеры 9536х6656 мм. Котёл оборудован индивидуальными системами пылеприготовления с промбункером и подачей пыли отработавшим сушильным агентом. Размол и сушка осуществляется в шаровых барабанных мельницах. Сушка производится горячим воздухом. Для организации топочного процесса топка оборудована прямоточными горелками, соплами нижнего дутья и воздушными соплами третичного дутья (Рис. 4).

КОТЕЛ БКЗ Рис. 4 – Схема топочно-горелочного устройства котла БКЗ

КОТЕЛ БКЗ Пылеугольные горелки установлены на фронтовой и задней стенах вблизи углов топки в два яруса. Оси горелочных устройств направлены тангенциально к воображаемой окружности в центре топки. Направление крутки - по часовой стрелке. Воздушные сопла системы нижнего дутья расположены по встречно-смещённой схеме на скатах холодной воронки. Воздушные сопла третичного дутья установлены над основными горелками на фронтовой и задней стенах вблизи углов топки. Оси воздушных сопел третичного дутья расположены тангенциально к воображаемой окружности в центре топки. Направление крутки – против часовой стрелки. После выполнения реконструкции котёл пущен в эксплуатацию в январе 2012 года. В соответствии с результатами режимно-наладочных работ, выполненных специалистами «УралВТИ» и ОАО «Сибэнергомаш», подтверждена эффективность проведенной реконструкции в части существенного снижения выбросов NOx и обеспечения расчетного КПД котла. Результаты испытаний показали, что во всём рабочем диапазоне нагрузок выбросы оксидов азота не превышали 500 мг/нм3 (при α=1,4), при этом КПД составил 90,9-91,5%.

КОТЕЛ БКЗ, Кроме использования собственного опыта по совершенствованию топочно-горелочных устройств в настоящее время ОАО «Сибэнергомаш» совместно с немецкой фирмой Steinmuller Engineering GmbH разработал проект котла БКЗ,8-560 ст. 7 для ТЭЦ-2 АО «Астана- энергия». Этот котёл башенной компоновки, топка открытого типа, призматической формы имеет в плане по осям труб 11370х Котел оборудован индивидуальными системами пылеприготовления с прямым вдуванием. Размол и сушка осуществляется в молотковых мельницах. Сушка угля производится горячим воздухом. В проекте предусмотрена подача угольной пыли от каждой мельницы к двум горелкам одного яруса, расположенным на противоположных стенах. Котёл оборудован топочно-горелочными устройствами компании Steinmuller Engineering GmbH. В данном котле заложена принципиально новая схема сжигания Экибастузского угля. Топочно-горелочное устройство представлено малотоксичными горелками, воздушными соплами бокового дутья и соплами третичного дутья (Рис.5).

17 Рис. 5 – Схема топочно-горелочного устройства котла БКЗ,8-560 Малотоксичными горелками являются прямоточно-вихревые горелки, установленные в два яруса по тангенциальной схеме вблизи центра каждой стены. Такая схема размещения прямоточно- вихревых горелок отличается от ранее применяемых схем расположения вихревых горелок (одностороннее или встречное). КОТЕЛ БКЗ,8-560

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18 ОАО «Сибэнергомаш» постоянно совершенствует свою продукцию, обеспечивая наиболее экономичное сжигание высокозольного топлива с сокращением выбросов вредных веществ в атмосферу за счёт модернизации топочных процессов, при этом широко используется математическое моделирование, которое строится на результатах испытаний уже работающих котлов. КОНТАКТЫ Отдел продаж Дивизиона котельного оборудования Директор по продажам Тел.: +7 (3852) Европейская часть России Тел.: +7 (3852) Тел.: +7 (3852) Тел./факс: +7 (3852) Урал, Сибирь, Дальний Восток Тел.: +7 (3852) Тел.: +7 (3852) Тел./факс: +7 (3852) Ближнее и дальнее зарубежье Тел.: +7 (3852) Тел.: +7 (3852) Тел./факс: +7 (3852) Отдел продаж Дивизиона тягодутьевых машин Директор по продажам Тел.: +7 (3852) Европейская часть России Тел.: +7 (3852) Факс: +7 (3852) Урал, Сибирь, Дальний Восток Тел./факс: +7 (3852) Факс: +7 (3852) Ближнее и дальнее зарубежье Тел: +7 (3852) Факс: +7 (3852)

ГОРЕЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

Горелочные устройства (горелки) предназначены для образования горючей смеси (топлива с воздухом) в топочной камере и по принципу действия делятся на вихревые и прямоточные. В вихревых горелках угольная пыль и вторичный воздух в виде закрученных потоков вводятся в топочную камеру и смешиваются. В прямоточных горелках поток угольной пыли подается в топку вдоль их оси без закрутки, а вторичный воздух может закручиваться в устройстве улиточного ввода или подаваться без закрутки. Горелки располагаются на стенках топки в один или несколько рядов по высоте либо по ее углам.

Рис.1. Схемы прямоточных щелевых горелок с круглыми Соплами ТКЗ (а) и тремя вертикальными щелями ВТИ (б)

Щелевая (прямоточная) горелка с круглыми соплами схематически изображена на рис. 1(а), а щелевая (прямоточная) горелка с тремя вертикальными щелями - на рис. 1(б). В горелке, изображенной на рис. 1(б), через среднюю щель проходит вторичный воздух, а через крайние - первичный. Вторичный воздух подается и в нижнюю часть боковых щелей для предотвращения выпадения угольной пыли и лучшего перемешивания потока. При расположении горелок вблизи углов топки выходящие из них струи воздуха создают круговое движение газов в центре топки.

При аксиальном (осевом) расположении горелок (рис. 2, а) воздушные потоки сталкиваются в центре топочной камеры, в результате одна часть горящей угольной пыли направляется вверх, а другая- поворачивается вниз, а далее, двигаясь снова вверх, проходит вблизи ввода в топку еще не загоревшейся пылеугольной смеси.

Рис. 2.

При тангенциальном расположении горелок (рис. 2, б) воздух направляется по касательным к воображаемому кругу в центре топки вызывая вихревое движение горящих частиц угольной пыли. Вихревые горелки, получившие широкое распространение, имеют две или одну улитку.

Вихревая горелка ТКЗ (рис. 3, а) имеет две улитки. В меньшую улитку 2 вводится пылевоздушная смесь, в большую 1- вторичный воздух. Оба завихренных потока раздельно по кольцевым каналам 4 и 5 поступают в топку. Мазутная форсунка 3, используемая при растопке и малых нагрузках котла, устанавливается в центральной трубе. Продольный разрез пылегазовой горелки, предназначенной для сжигания угля и природного газа, представлен на рис. 3,б.

Рис.3. Схемы двухулиточных пылеугольной (а) и пылегазовой (б) вихревых горелок.

1, 3- мазутная форсунка, 4,5- кольцевые каналы для пыли и воздуха, 6- обмуровка, 7- кольцевой коллектор природного газа, 8-труба для ввода природного газа, 9- наконечник газового электрозапальника, А,Б- зоны начала и окончания воспламенения топлива, В- направление движения топочных газов.

Зажигание горючей смеси в топке происходит благодаря топочным газам, которые имеют очень высокую температуру. Для растопки котла, работающего на твердом топливе, используют газ или мазут, и когда топка хорошо прогреется, переходят к сжиганию угольной пыли.

Газообразное топливо вводят в топку также вихревыми или прямоточными горелками. Так как состав и теплота сгорания разных видов газообразного топлива различны, для их сжигания используют разнообразные горелочные устройства.

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 воз^ дух подаются в виде закрученных струй, обра­зующих в топочном объеме конусообразно рас­ходящийся факел (см. рис. 4.10). 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 располо*- жением горелок на стенах топки и созданием необходимой аэродинамики струй в объеме топки. Эти горелки могут быть круглого или прямоугольного сечения.

Вихревые горелки. Вихревые горелки вы­полняют следующих видов: двухулиточные с закручиванием аэропыли и вторичного воз­духа в улиточном аппарате (рис. 7.4,а); пря - моточно-улиточные, в которых аэропыль пода­ется по прямоточному каналу и раздается в стороны рассекателем, а вторичный воздух закручивается в улиточном аппарате (рис. 7.4,6); улиточно-лопаточные с улиточ­ным закручиванием потока аэропыли и акси­альным лопаточным закручивателем вторично­го воздуха (рис. 7.4,в); лопаточные, в которых закручивание потоков вторичного воздуха и аэропыли обеспечивается аксиальным и тан­генциальным лопаточными аппаратами.

Горелки этого типа имеют производительность от - 1 до 3,8 кг условного топлвва/с, что определяет us

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 (см. § 4.4). Его зна­чения для промышленных горелок находятся в преде­лах 1,5-5, большие значения (п- З-г-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. 7.4,6) 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 W= = 16-s-25 м/с. Более высокие скорости характерны для мощных горелок. Оптимальная скорость вторичного воздуха составляет а)2=(1,3ч-1,4)ші.

Вихревые горелки универсальны и приме­нимы для любого твердого топлива, но наи­большее распространение они получили при сжигании топлив с малым выходом летучих. Горелки повышенной тепловой мощности вы­полняют с двумя регулируемыми коаксиаль­ными каналами по вторичному воздуху (см. рис. 7.4,в), 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.

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. 7.5,о). 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. 7.5,6) 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. 7.6). 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 при­
нимают: йУі=20-ь28 м/с, а оптимальную ско­рость вторичного воздуха ш2- (1,5-^-1,7) Ш!.

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. 7.7 в качестве иллюстрации изо­бражена горелка мощного парового котла на

Рис. 7.7. Схема горелки для сжигания трех видов топ­лива.

Обозначения те же, что и на ркс. 7.4; 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 элек - трозапальиик.

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 за­вихренными осевым и вторичным потоками воздуха, чем обеспечивается его хорошее пе­ремешивание и последующее сгорание.

Расположение горелок. Горелки на стеках 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 н 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%).

Определяющим конструктивным параметром вихре­вых горелок является диаметр амбразуры Z>a. Горелки размещают на достаточном расстоянии друг от друга (2,2-т-3)£>а и от боковых стен (1,6-г-2)£>а, чтобы ис­ключить раннее взаимодействие факелов и наброс фа­кела на стены .

На рис. 7.8 показаны наиболее характерные схемы расположения вихревых пылеугольных горелок. Схемы с фронтальными и двухфронтальными горелками (рис. 7.8,а, б) могут быть выполнены как в один, так и в два яруса по высоте. При однофроитальном рас­положении экран задней стены получает повышенное тепловосприятие (на 10-20% выше среднего) и для исключения шлакования стены при твердом шлако - удалении глубина топки должна быть не менее Ь= =(6-ь7)£>а. Встречное двухфронтальное расположение горелок характерно для мощных паровых котлов, когда необходимое число горелок невозможно разместить на одной фронтовой стене даже в два яруса.

Прл встречном расположении выравнивается тепло - напряжение экранов топки. Чаще всего топки с го-

А - фронтальное; б- двухфронтальиое (встречное); в - встреч­ное с боковых стен топкн.

Релками по этой схеме работают с жидким шлакоуда - леиием, так как здесь за счет движения факела после ■Соударения как вверх, так и вниз повышается уровень температур у пода топки. Правильное взаимодействие встречных факелов достигается при ширине топочной камеры fr=(5-s-6)Da. В котлах относительно небольшой мощности размещают горелки встречно с боковых стен

Рис. 7.9. Схемы расположения прямоточных пылеуголь­ных горелок иа стенах топочной камеры. а - встречно-смещенное; б - угловое с блочным соударением струй (блочное расположение); a - угловое с тангенциальным направлением струй (тангенциальное расположение).

В один ярус (рис. 7.8,в). Тогда размер глубины топки определяется только их расположением. При этой схеме имеет место повышенная температура газов в средней части топки по ее ширине.

На рис. 7.9 показаны характерные схемы разме­щения прямоточных горелок. Горелки этого типа обес­печивают полное сжигание топлива только за счет тур-
булизацин 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.

Схема с угловыми горелками и тангенциальным направлением горелочных струй к условной окружно­сти в центре топки диаметром 1-2,5 м (рис. 7.9,е) на­шла широкое применение на многих типах паровых кот­лов, в том числе большой мощности (рис. 7.10). Ее преимущества заключаются в равномерности тепловых потоков по всем стенам топки, малой вероятности шла­кования стен, так как вдоль них движутся уже ча­стично остывшие газы. При организации жидкого шла­коудаления достигается выпадение капель жидкого шлака на стенах предтопка и увеличение доли шлако - улавливания.

Схему с блочным соударением струй смежных горе­лок (рис. 7.9,6) применяют при сжигании каменных углей. Этим достигается высокая турбулизация ядра факела. Недостатком этой схемы является возможность шлакования фронтовой и задней стен топки при движе­нии факела из центра топки (зоны относительно повы­шенного давления) в обе стороны к стенам.

Схемы с тангенциальной компоновкой можно осу­ществить в топке, форма которой близка к квадратной, т. е. отношение размеров стен Это обуслов­

Ливает хорошую аэродинамику топочного объема. В то­почных камерах с более развитой шириной фронта применимы другие схемы размещения горелок.

Одним из преимуществ комбинированных горелок является возможность легкого перехода с одного вида топлива на другое. При этом сжигание каждого из них должно происходить в оптимальных условиях.

В такой горелке каналы подвода воздуха выполняются общими для обоих видов топлив, а расположение каждого вида горелочного устройства должно обеспечить быстрое и полное смешение топлива с воздухом. Для эффективного смешения с топливом поток воздуха в горелке сильно турбулизируется с помощью воздушного регистра (воздухо-направляющего устройства), обеспечивающего его интенсивную закрутку.

Воздушные регистры выполняют трех видов: улиточный, аксиальный лопаточный и тангенциальный лопаточный (рисунок 2.13).

Рисунок 2.13 - Схемы воздушных регистров:

а - улиточный; б - тангенциальный лопаточный; в - аксиальный лопаточный.

С учетом больших расчетных объемов воздуха улиточный завихритель получается довольно громоздким. Его применяют на горелках относительно небольшой мощности. Аксиальный лопаточный аппарат наиболее прост в выполнении и имеет наименьшее гидравлическое сопротивление, но для пропуска всего потока воздуха требуется канал большего диаметра. Тангенциальный лопаточный регистр имеет несколько большее сопротивление, но отличается возможностью регулирования размера проходного сечения при изменении нагрузок путем перемещения вдоль оси горелки регулирующего диска (рисунок 2.14).

На мощных паровых котлах устанавливают три основных типа газомазутных горелок и отличающихся способом ввода газа в поток воздуха и методом регулирования его расхода при переменных нагрузках.

Природный газ из центрального кольцевого коллектора выдается двумя рядами отверстий разного диаметра. Воздух подводится через тангенциальный лопаточный регистр. Регулирование его расхода обеспечивается перемещающимся дисковым шибером. Таким образом, при снижении нагрузки котла уменьшенный расход воздуха будет сохранять интенсивность крутки и хорошие условия смешения с топливом. Мазут распыляется в механической форсунке, установленной в центральном канале горелки.

Давление газа перед горелкой 2,5 - 3,0 кПа. Скорость воздуха в узком сечении горелки 40 м/с. Воспламенение топлива - мазута или газа - обеспечивается электрозапальными устройствами.

Рисунок 2.14 - Газомазутная горелка ТКЗ коаксиального типа с центральной подачей газа:

1 - кольцевой газовый коллектор; 2 - мазутная форсунка; 3 - тангенциальный лопаточный аппарат; 4 - регулирующий воздушный шибер; 5 - фланец, предохраняющий газовый наконечник от обгорания; 6 - воздушный короб; 7 - подвод воздуха для охлаждения наконечника и фланца; 8 - коническая амбразура; 9 - канал для запальника.

Газомазутная горелка ЦКБ (харьковского филиала)-ВТИ-ТКЗ для прямоточного котла блока 300 МВт, работающего под наддувом (рисунок 2.15), имеет тангенциально-аксиальный подвод воздуха через лопаточный аппарат с разделением основного потока воздуха на два канала. Кроме того, имеется еще третичный воздух, постоянно поступающий по центральному каналу для охлаждения мазутной форсунки. При снижении нагрузки расход воздуха по периферийному кольцевому каналу уменьшается регулирующим шибером. Подача мазута осуществляется паро-механической форсункой типа ТКЗ-4М производительностью 4,6 т/ч при давлении мазута 4,5 МПа и пара 0,2 МПа. Природный газ в основном вводится в поток воздуха с периферии большим числом труб Æ 32 мм и частично из отверстий центрального коаксиального канала.

На рисунке 2.16 показана газомазутная горелка однокорпусного прямоточного котла блока 800 МВт производительностью 5,2 т/ч мазута.

Рисунок 2.15 - Газомазутная горелка ХФЦКБ-ВТИ-ТКЗ с периферийной и центральной подачей газа:

1, 1’ - центральный и периферийный коробы воздуха; 2 - тангенциальный лопаточный аппарат; 3 - аксиальный лопаточный аппарат; 4 - ствол паро-механической форсунки; 5 - ввод центрального потока воздуха; 6 - подвод газа в коаксиальный канал; 7 - периферийный подвод газа; 8 - разводка экранных труб вокруг горелки.

Равномерная раздача воздуха по горелкам обеспечивается за счет больших размеров воздушных коробов, общих для всех горелок одной стены топки. Каждый короб разделен по всей длине на два отсека для раздачи воздуха во внутренние и периферийные каналы горелок. Отдельно имеется короб для ввода через горелку дымовых газов рециркуляции. Потоки воздуха закручиваются тангенциальным лопаточным аппаратом, а газы вводятся в топку прямотоком и смешиваются с расходящимся под углом периферийным воздухом.

Природный газ вводится по центральному коаксиальному каналу под углом 45 о к оси потока. Для компенсации разницы тепловых расширений воздушного короба с встроенными в него горелками и экранов топки установлены линзовые компенсаторы.

При переходе на сжигание газа мазутная форсунка автоматически отключается и втягивается в центральный ствол. Одновременное сжигание двух видов топлива приводит к ухудшению выгорания одного из них (чаще мазута), что связано с различными условиями смешения и временем воспламенения.

Рисунок 2.16 - Газомазутная горелка парового котла ТГМП-204 производительностью 5,2 т/ч мазута или 5,54 тыс.м 3 природного газа:

1, 1’ - центральный и периферийный каналы горячего воздуха; 2 - канал подачи рециркулирующих газов; 3 - линзовый компенсатор; 4,5 - тангенциальные закручивающие лопатки; 6 - центральный канал подачи природного газа; 7 - пневмозатвор, препятствующий выбиванию топочных газов из горелки; 8 - разводка экранных труб вокруг амбразуры горелки; 9 - ствол для мазутной форсунки; 10 - газовый электрозапальник; 11 - импульсные линии для контроля за давлением воздуха.

Cтраница 1

Тангенциальный подвод воздуха к газу в этих горелках обеспечивает получение закрученного вокруг оси горелки потока, обеспечивающего растекание пламени вблизи поверхности огнеупорной футеровки.  

Тангенциальный подвод воздуха с высокой скоростью обеспечивает его интенсивное перемешивание с топливом, а наличие карборундовой обмазки способствует быстрому зажиганию и горению мазута.  

Горелки снабжены тангенциальным подводом воздуха, вызывающим закручивание воздушного потока при выходе из них, что способствует укорочению факела. Поэтому такие горелки работают в действительности не как длиннопламенные.  

В мельницах с тангенциальным подводом воздуха горячий воздух подается непосредственно в кожух, мельницы по всей его ширине тангенциально по отношению к поверхности ротора и в направлении вращения его. В мельницах с аксиально-тангенциальным подводом воздуха совмещены оба способа его подвода.  

В циклонной печи благодаря тангенциальному подводу воздуха происходит исключительно сильное перемешивание паров серы с воздухом и интенсивность сгорания Жидкая сера. Поэтому новые циклонные печи вытесняют форсуночные печи старого типа.  

Завихритель был убран и сделали тангенциальный подвод воздуха через улитку, обеспечивающий хорошее закручивание воздушного потока.  

Исследования воздушного сопротивления горелок при тангенциальном подводе воздуха, выполненные ИИГ АН УССР И. Я. Сигал показали, что простой тангенциальный подвод имеет меньшее сопротивление, чем улиточный при одинаковых степенях крутки. Кроме того, простой тангенциальный подвод требует меньших затрат на изготовление и конструктивно проще осуществим.  

Окружные скорости в вихревой камере с тангенциальным подводом воздуха по всей высоте возрастают при уменьшении радиуса вращения от начальной скорости до максимальной. Скорость потока у стенки, как правило, меньше, а при некоторых конструктивных соотношениях может быть равна скорости входа. Радиус, соответствующий максимальной скорости, приблизительно совпадает с радиусом выходной горловины.  

Дожигание этой пыли может быть организовано за счет тангенциального подвода воздуха в верхнюю часть конуса или в специальной циклонной камере с жидким шлакоудалением.  

Были исследованы две турбулентные горелки конструкции Укргипромеза с тангенциальным подводом воздуха и так называемая польская горелка, разработанная Гипромезом на основе чертежей Biprohut zabrze. Горелки Укргипромеза отличаются друг от друга конструкцией газового сопла. Одна горелка имеет укороченное газовое сопло с выходным отверстием в виде узкой кольцевой щели (рис. 2а), и перемешивание газа с воздухом начинается внутри горелки. Вдоль оси в центре газового сопла этой горелки расположена смотровая труба, в которую может быть вставлена мазутная форсунка или запальник.