<< Пред. стр. 5 (из 7) След. >>
Список литературы по разделу
а - центральная; б - индивидуальная с прямым вдуванием; в - индивидуальная с промежуточным пылевым бункером;
1 - бункер сырого дробленого угля; 2 - сушилка; 3 - мельница; 4 - центральный бункер готовой пыли; 5- насос для пыли; 6 - расходный бункер; 7 - вентилятор; 8 - топка котла; 9 - промежуточный бункер; 10 - шнек для пыли.
Рисунок 11.1 - Принципиальные схемы систем пылеприготовления
Рисунок 11.2 - Схема топки с твердым шлакоудалением
Рисунок 11.3 - Зажигательный пояс
1 - поверхность топки, покрытая огнеупорной обмазкой; 2 - холодная радиационная поверхность; 3 - подача топлива; 4 - шлакоулавливающий пучок труб, покрытых гарниссажной футеровкой.
Рисунок 11.4 - Схемы пылеугольных факельных топок с жидким
шлакоудалением
Рисунок 11.5 - Схема циклонных топок с жидким шлакоудалением
а - горизонтальная топка; б - вертикальная топка с нижним выводом газов; в - вертикальная кольцевая топка с верхним выводом газов.
а - составляющие скорости циклонного потока; б - характер распределения тангенциальной и осевой скоростей по сечению потока.
Рисунок 11.6 - Принципиальная схема потока в циклонной камере
а - топка ЦКТИ; б - топка МЭИ.
Рисунок 11.7 - Вихревые топки с пересекающимися струями
12 КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ ГОРЕЛОК. КОМБИНИРОВАННЫЕ ГОРЕЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
12.1 Пылеугольные горелки
Горелочное устройство должно обеспечивать хорошее перемешивание пыли и воздуха, возможно более раннее воспламенение пылевоздушной смеси и способствовать практически полному выгоранию пыли. Для камерного (факельного) сжигания твердого топлива наибольшее распространение получили вихревые круглые, а также прямоточные щелевые и сопловые горелки.
Вихревыми называют горелки, у которых первичный и вторичный воздух или только вторичный воздух закручивается специальными завихрителями. Закручивание потоков достигается при помощи улиток, устанавливаемых на входе в горелку, или лопаток, устанавливаемых в горелке аксиально или тангенциально в потоке первичного или вторичного воздуха. Принципиальные схемы вихревых горелок показаны на рис. 12.1. Наименование горелки отражает способ ввода первичного (с пылью) и вторичного воздуха. Так, в показанной на рис. 12.1, а прямоточно-улиточной горелке первичный воздух с пылью (пылевоздушная смесь или аэросмесь) подается через центральную трубу прямоточно, без закручивания. Вторичный воздух, подаваемый в топку через горелку, закручивается улиткой. Конструкция такой горелки (одноулиточная горелка) показана на рис. 12.2. Аэросмесь поступает в топку через центральную трубу, имеющую на конце чугунный наконечник. Регулирование выходного сечения для аэросмеси осуществляется конусом-рассекателем, который может перемещаться. Конус-рассекатель обеспечивает хорошее раскрытие пылевоздушной струи, а 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. 12.1, б?д, мазутные форсунки установлены по центру горелки.
В прямоточных щелевых горелках (рис. 12.3, а) подача в топку аэросмеси и вторичного воздуха осуществляется раздельно через узкие щели. Такие горелки выполняются с внешним 1 и с внутренним 2 вводом вторичного воздуха. В прямоточных сопловых горелках (рис. 12.3, б) ввод аэросмеси и вторичного воздуха осуществляется раздельно через круглые сопла.
Примером прямоточной щелевой горелки является широко используемая поворотная горелка. В этой горелке (рис. 12.4) аэросмесь поступает через центральный патрубок, откуда через поворотные сопла-щели она выходит в топку. Вторичный воздух поступает в топку по наружному соплу. Сопла при помощи электродвигателя можно поворачивать вверх и вниз от горизонтальной плоскости на 12?20°. Это дает возможность менять положение факела в топке.
Для вихревых и прямоточных горелок характерны различные схемы воспламенения, дальнобойность факела и сопротивление горелочного устройства.
Схема зажигания пылевоздушной смеси для вихревых турбулентных горелок показана на рис. 12.5, а. В этих горелках улиточный подвод воздуха и наличие конуса-рассекателя обеспечивают выходящей пылевоздушной струе дополнительную составляющую скорости, перпендикулярную оси горелки. При этом выходящая из горелки струя имеет форму полого гиперболоида вращения. Образующаяся в центральной его части зона разрежения приводит к непрерывному подсосу сюда высокотемпературных топочных газов, обеспечивающих интенсивное зажигание пылевоздушной смеси. Воспламенение струи по внешней поверхности конуса тормозится прослойкой относительно холодного вторичного воздуха, находящегося между пылевоздушной смесью и горячими топочными газами. Кроме того, здесь сказывается и охлаждающее влияние экранных поверхностей нагрева. В отличие от вихревых турбулентных горелок в прямоточных горелках разнос пылевоздушной струи отсутствует (рис. 12.5, б). Факел получается более дальнобойным. Для горелки с внешним вторичным воздухом зажигание струи происходит по внешней ее поверхности. Наличие здесь вторичного воздуха, охватывающего пылевоздушную струю, несколько затрудняет прогрев и воспламенение смеси. Более целесообразна схема прямоточной горелки с внутренним подводом вторичного воздуха (рис. 12.5, в), при этом улучшаются условия воспламенения пылевоздушной смеси.
Условия воспламенения пылегазовой смеси, интенсивность горения и длина факела в значительной степени зависят от соотношения первичного и вторичного воздуха и их скоростей на выходе из горелки. Для ускорения воспламенения топлива количество первичного воздуха, как указывалось, целесообразно уменьшать. Снижение доли первичного воздуха особенно целесообразно при сжигании малореакционных трудновоспламеняемых углей (антрацит, полуантрацит, тощий уголь). Минимально возможное количество первичного воздуха определяется условиями транспорта пыли через горелку. При сжигании малореакционных углей количество первичного воздуха принимают до 20 % общего количества, а при сжигании бурых углей до 40?45 %.
Для хорошего смесеобразования и подсоса горячих топочных газов, обеспечивающих прогрев и воспламенение пылевоздушной смеси, скорости первичного w1 и вторичного воздуха w2 на выходе из вихревых прямоточно-улиточных горелок тепловой мощностью 25?35 МВт при сжигании каменных и бурых углей должны составлять соответственно 18?20 и 22?25 м/с; для двухулиточных горелок такой же мощности при сжигании антрацитового штыба, полуантрацитов и тощих углей - соответственно 14?16 и 18?21 м/с, а при сжигании каменных углей - 20?22 и 26?28 м/с.
Кроме указанных пылеугольных горелок тепловой мощностью 25 и 35 МВт, в соответствии с ОСТ 24.030.26-78 для котлов большой производительности имеются горелки мощностью 50, 75, 100, 135 и 150 МВт. Для этих горелок скорости первичного и вторичного воздуха должны быть более высокими.
Повышенные скорости выхода в топку первичного и вторичного воздуха (27?30 м/с) принимаются для прямоточных горелок, что здесь особенно необходимо для улучшения воспламенения пылегазовой смеси. Повышенная скорость выхода воздуха в топку применяется и для сбросных горелок (35?45 м/с), через которые в топку для сжигания сбрасываются тончайшая угольная пыль, не уловленная в циклоне, и транспортирующий ее из мельницы сушильный агент - воздух.
Если предусматривается возможность сжигания в топочной камере и твердого пылевидного, и газового топлив, применяют комбинированные пылегазовые горелки, что значительно упрощает топливно-воздушные коммуникации. На рис. 12.6 для примера показана комбинированная пылегазовая горелка, представляющая собой вихревую горелку со встроенной многоструйной газовой горелкой.
В центральной части горелки может быть установлена также и мазутная форсунка.
При размоле угля в молотковых мельницах в ряде случаев угольная пыль вводится в топочную камеру через специальные горелки-амбразуры (рис. 12.7). В установках малой производительности подача готовой угольной пыли с первичным воздухом иногда осуществляется при помощи простейшей открытой амбразуры (рис. 12.7, 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. 12.7, б) обеспечивают 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. 12.7, 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.
Нашли применение амбразуры с устройством для сжигания топлива в тонких струях. Например, амбразура конструкции МЭИ - Мосэнерго (рис. 12.7, г) разделена на вертикальные каналы - по числу сопл вторичного воздуха, который выходит со скоростью 40?50 м/с и эжектирует пылевоздушную смесь. В топочную камеру смесь пыли с воздухом поступает со скоростью около 20 м/с через узкие вытянутые щели, расположенные на расстоянии 1500?2000 мм. При этом обеспечивают интенсивный подсос горячих топочных газов и устойчивое зажигание и горение топлива.
Эффективной оказалась замена обычных амбразур и сопл вторичного воздуха вихревыми пылеугольными горелками. На рис. 12.7, д показано соединение шахты после молотковой мельницы с топочной камерой с помощью вихревой горелки. Условия воспламенения и горения пыли в этом случае достаточно благоприятны. Однако создаваемое молотковыми мельницами давление недостаточно для эффективной работы горелок, что сказывается на показателя экономичности топки.
12.3 Расположение горелок на стенках топочной камеры
Полнота выгорания топлива, условия эксплуатационно-надежной работы топки в значительной степени определяются размещением пылеугольных горелок. Наибольшее распространение для обычных однокамерных топок получило фронтальное (рис. 12.8, а), встречное (рис. 12.8,6) и угловое (рис. 12.8, в) расположение горелок.
При фронтальном расположении горелок примерный характер аэродинамики топки показан на рис. 12.9, а. По выходе из отдельных горелок струи первоначально развиваются самостоятельно, а затем сливаются в общий поток. При движении к задней стенке струя подсасывает из окружающей среды топочные газы, масса ее значительно увеличивается, а концентрация окислителя снижается. При ударе факела о заднюю стенку может иметь место ее шлакование. В связи с этим при фронтальном расположении наиболее целесообразно применение вихревых горелок с относительно коротким широким факелом.
При встречном расположении горелки (рис. 12.9, б и в) могут располагаться как на противоположных боковых, так и на фронтальной и задней стенках, возможна встречно-лобовая и встречно-смещенная их компоновка. При встречно-лобовой ориентации горелок (рис. 12.9, б) в топке получается концентрированный удар встречных потоков. Часть общего потока направляется в верхнюю половину топки, часть опускается в холодную воронку. При неравенстве импульсов возникает асимметричность течения в вертикальной плоскости и результативный факел приближается к одной из стен, что может вызвать ее шлакование.
При встречно-смещенной компоновке горелок по схеме МЭИ (рис. 12.9, в) горящие потоки взаимно проникают друг в друга. При этом имеет место лучшее заполнение факелом топочного объема, обеспечивается принудительный подвод теплоты к корню факела, улучшается выгорание топлива при бесшлаковочном режиме работы экранов. В случае применения встречно-смещенной компоновки горелок более целесообразными являются щелевые горелки.
При угловом расположении горелок возможны следующие схемы их установки (рис. 12.10): диагональная, блочная, тангенциальная. При таком размещении горелок возникает ряд конструктивных трудностей. Наблюдается также шлакование стенок. При тангенциальном расположении горелок при взаимодействии струй образуется единый закрученный поток, направляющийся вверх и вниз топочной камеры. По центру топки образуется область несколько пониженного давления, что стабилизирует положение факела. Наличие крутки потока сохраняется вплоть до выхода из топки. При вытянутой форме сечения топки в плане может иметь место искажение аэродинамики потока, сопровождающееся шлакованием стенок. Поэтому при тангенциальной компоновке горелок целесообразно, чтобы горизонтальное сечение топочной камеры по форме приближалось к квадратному.
При фронтальном, встречном и угловом расположении горелки по высоте топки могут размещаться в один-два и более ярусов.
Количество горелок размещенных в топке, определяется на основе следующих расчетов. Тепловая мощность топки Qтт , МВт,
Qтт = Bp Qнр (12.1)
где Вр - общий расчетный расход топлива на котел, кг/с;
Qнр - теплота сгорания топлива, МДж/кг.
Тепловая мощность горелки Qг, МВт,
Qг = Вг Qнр (12.2)
где Вр-расход топлива на одну горелку, кг/с.
Количество горелок
п = Вр/Вг. (12.3)
С увеличением паропроизводительности котла количество горелок увеличивается.
Так, для котла производительностью 20,8 кг/с (75 т/ч) при тепловой мощности топки около 60 МВт применяют две-три вихревые горелки при фронтальном и две-четыре горелки при встречном их расположении; при угловой компоновке применяют четыре прямоточные горелки. Для котла производитель, 89 кг/с (320 т/ч) при тепловой мощности топки 290 МВт применяют 6?8 встречных или 16 угловых горелок.
По конфигурации факела различают топки с U-образ-ным факелом (рис. 12.1, а) и L-образным факелом (рис. 12.1, б). Наибольшее распространение нашли топки с L-образным факелом. По способу удаления шлака различают пылеугольные топки с твердым (гранулированным) и жидким шлакоудалением.
а-прямоточно-улиточная; б - прямоточно-лопаточная; в - двухулиточная; г - улиточно-лопаточная; д - лопаточно-лопаточная;
I - первичный воздух с угольной пылью; II - вторичный воздух
Рисунок 12.1 - Принципиальные схемы пылеугольных вихревых горелок
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
Рисунок 12.2 - Вихревая пылеугольная горелка ОРГРЭС
Рисунок 12.3 - Принципиальная схема прямоточных горелок
а - щелевая горелка; б - сопловая горелка; I - аэросмесь; II - вторичный воздух
Рисунок 12.4 - Щелевая поворотная горелка
1 - патрубок первичного воздуха; 2 - сопло первичного воздуха; 3 -
сопло вторичного воздуха
Рисунок 12.5 - Схема зажигания пылевоздушной смеси:
а - круглая турбулентная горелка; б - прямоточная горелка с внешним вторичным воздухом; в - прямоточная горелка с внутренним вторичным воздухом; I - аэросмесь; II - вторичный воздух
1 - улитка вторичного воздуха; 2 - улитка аэросмеси; 3 - труба аэросмеси; 4 - внутренняя труба; 5 - газовый коллектор
Рисунок 12.6 - Пылегазовая горелка
а - топка с открытой амбразурой; б - амбразура с горизонтальным рассекателем; в - эжекционная амбразура; г-амбразура с плоскими параллельными струями; д - вихревая горелка;
1 - шахта; 2 - амбразура; 3 - сопла вторичного воздуха (верхние); 4 -сопла вторичного дутья (нижние); 5 - сопла вторичного воздуха; 5 - рассекатель; 7 - горелка; 8 - ввод вторичного воздуха
Рисунок 12.7 - Схемы горелочных устройств топок с молотковыми
мельницами
Рисунок 12.8 - Схема расположения горелок в топочной камере
Рисунок 12.9 - Аэродинамика топки с фронтальной (а) и встречной (б, в)
компоновками горелок
а - диагональное; б - блочное (фокусы по большой оси потока); в - блочное (фокусы по малой оси потока); г, д - тангенциальное с вращением в разные стороны
Рисунок 12.10 - Схема движения потоков в топке с угловым расположением горелок
Рисунок 12.11 - Схема топок с U-образным и L-образным факелами
13 ТЕПЛООБМЕН В ЭЛЕМЕНТАХ ПАРОВОГО КОТЛА. МЕТОДИКА КОНСТРУКТИВНОГО И ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА
13.1 Теплообмен в элементах котла
По определяющему способу передачи теплоты от газов поверхности нагрева принято условно разделять на радиационные, полу радиационные и конвективные. К радиационным поверхностям относят экраны, фестоны, пароперегреватели, расположенные в топке. Полурадиационными поверхностями являются ширмовые поверхности нагрева - ширмовые поверхности пароперегревателя и испарительные поверхности нагрева, расположенные за топкой. Далее по ходу газов в газоходах котла располагаются конвективные поверхности нагрева: испарительные и пароперегревательные поверхности нагрева, экономайзеры и воздухоподогреватели. К экранам, расположенных в слоевых и факельных топках перенос теплоты радиацией составляет более 90 %, к экранам топок с кипящим слоем 70?80 %. В ширмовых поверхностях нагрева, расположенных на выходе из топки, тепловосприятие за счет радиации составляет 60?70 %. Далее теплоты, передаваемой конвекцией, увеличивается и составляет в пароперегревателе 70?80%, а в воздухоподогревателя-более 95%.
13.2 Теплообмен в топке
В топке одновременно происходят горение топлива и сложный радиационный и конвективный теплообмен между заполняющей ее средой и поверхностями нагрева.
Источниками излучения при слоевом сжигании топлива являются поверхность раскаленного слоя топлива, пламя горения летучих веществ, выделившихся из топлива, и трехатомные продукты сгорания СО2, SО2 и Н2О. При факельном сжигании пыли твердого топлива и мазута источниками излучения являются центры пламени, образующиеся вблизи поверхности частиц топлива от горения летучих, распределенных в факеле, раскаленные частицы кокса и золы, а также трехатомные продукты сгорания. При горении жидкого топлива изучение частиц топлива незначительно. При сжигании газа источниками излучения являются объем его горящего факела и трехатомные продукты сгорания. Наиболее интенсивно излучает теплоту пламя горящих летучих веществ, выделяющихся при горении твердого и жидкого топлива.
Менее интенсивно излучение горящего кокса и раскаленных частиц золы, наиболее слабым оказывается излучение трехатомных газов. Двухатомные газы практически не излучают теплоту. По интенсивности излучения в видимой области спектра различают светящийся, пол светящийся и несветящийся факелы.
Применительно к идеальной системе с полусферическим излучением абсолютно черного тела и с равновесной температурой в вакууме общий удельный поток энергии выражается законом Стефана-Больцмана, который после интегрирования исходной зависимости имеет вид
Вт/м2 , (13.1)
где Е0 - общий удельный поток энергии, Вт/м2,
с0 - коэффициент излучения абсолютного черного тела;
Т - абсолютная температура, К.
Тепловосприятие
Вт, (13.2)
где Т1 , Тn - температуры излучающей и тепловоспринимающей поверхности, К.
Условия радиационного теплообмена в топке отличаются от идеальных условий, соответствующих передаче энергии излучения, а именно:
1. Среда в топке и ограждающие ее поверхности не являются абсолютно черными телами. Часть энергии топки поглощается непрозрачной топочной средой (частицы кокса и золы), а часть возвращается обратно.
В результате излучающая способность
, (13.3)
где - интегральный или средний коэффициент теплового излучения серого тела;
с-коэффициент излучения серого тела, Вт/м2К.
2. В топке имеет место пространственное и несимметричное поле температур излучающей среды. Максимальна температура в ядре факела, а на выходе из топки она минимальна и ниже на 700?800 °С максимальной. Разность температур по сечению вблизи экранов в центре топки составляет 200?300 °С, а неравномерность температур на выходе из топки 50?100 °С. В итоге процесс лучистого теплообмена существенно усложняется.
13.3 Расчет теплообмена в топке
Количество тепла переданное в топке определяется разностью между полезным тепловыделением и энтальпией газов на выходе из топки.
1. Полезное тепловыделение в топке
(13.4)
Величина QТ определяется из располагаемого тепла топлива за вычетом топочных потерь тепла внешнего подогрева воздуха QВН + тепло внешнего воздуха или циркулирующих газов
, (13.5)
r - доля рециркуляции газов
Iг от - энтальпия рециркулирующих газов в топке их отбора
2. (13.6)
температура в ядре факела
Максимальная при условии отсутствия теплообмена с экранами топки.
ci - находят методом последних приближений
3. температура газов на выходе из топки. Выбирается по характеристикам топлива.
4. Удельное тепловосприятие топки
, кДж/кг (13.7)
где ? - коэффициент сохранения тепла газов, воспринимающих дольной поверхностью нагрева.
13.5 Геометрические характеристики топочной камеры
1. Объем топки (VТ) - характеризует границы объема топочной камеры.
Граница определяются по оси экранных труб или экранных поверхностей нагрева топки.
2. Полная поверхность стен топки определяется по рядам поверхностей ограничиваемых объем топки
Fст = Fсв + Fш zш + Fпр zпр, (13.8)
Fш - площадь ширм
Fпр - площадь прилегающих к ширмам экранов
zш и zпр -коэффициент, учитывающий неравномерности освещения ширм прилегающих к ним экранов.
3. Относительный уровень расположения горелок
, (13.9)
hТ - высота горелки
НТ - высота топки опред до середины газового окна от середины холодной воронки.
4. Угловой коэфф. показывает отношение Нлэ (лучевоспринимающей поверхности) к Fcтэ к площади стен покрытых этими экранами, т. е. характеризует долю подающего потока лучистой энергии ко всему потоку излучаемой энергии
D/= 1 Hлэ = Fстэ =n l d,
где n - количество труб,
l - их длина;
d - их диаметр.
5. Степень экранирования топки
, (13.10)
где НЛ - все лучевоспринимающие поверхности;
FС - площадь стен.
При камерном сжигании FС включается площадь холодной воронки, при жидком шлакоудалении площадь пода топки, + площадь выходного окна газового тракта.
6. Коэффициент тепловой аэрореактивности ?. Чистые экраны не излучают, но в процессе работы загрязняются, вводится - коэфф. Загрязнения
, (13.11)
где загрязняющего экрана;
чистого экрана;
для различных видов топлив различны (газ - 0,65, мазут - 0,55, уголь - 0,4 - 0,45, сланцы - 0,25).
(13.12)
, (13.13)
где угловой коэффициент.
Коэффициент характеризует отношение воспринятом экраном лучистой тепловой энергии к падающей на них лучистой энергии.
13.6 Методика конструктивного и поверочного расчета
Различают конструктивный и поверочный расчеты котла. Целью конструктивного расчета является определение площадей поверхности нагрева элементов котла при заданных паропроизводительности, параметрах пара и характеристиках топлива. Целью поверочного расчета является определение параметров, характеризующих тепловую работу элементов котла при заданном топливе и режиме работы.
13.6.1 Конструктивный расчет топки расчет топки
Площадь поверхности стен топочной камеры
, (13.14)
где Та - адиабатная температура;
ВР - расчетный расход топлива;
QЛ - кол - во тепла передаваемое экранам топки;
QТ - степень черноты топки;
? - средний коэффициент излучения;
ТТ" - температура продуктов сгорания на выходе из топки.
, (13.15)
с0 - коэфф. излучения абсолютно твердого тела;
? - коэфф. сохранения тепла;
(V2 cCP)- средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур от ТТII до Та .
, МПа/кгК (13.16)
с0 = 5,67*10-14, МВт/м2К4 (13.17)
<< Пред. стр. 5 (из 7) След. >>
Список литературы по разделу