Горелки для сжигания твердого топлива. Прямоточные горелки

⁰

Юридические услуги. Стаж 10 лет.

Газовые горелки котельных агрегатов

Классификация газовых горелок.
Газовая горелка - это устройство для образования горючих смесей газового топлива и подачи их к месту сжигания с обеспечением его устойчивого горения и возможностью регулирования процесса горения.

Рис. 3.1. Схемы, иллюстрирующие осуществление принципов сжигания газа :
а - диффузионный; б - кинетический; в - диффузионно-кинетический в горелках с неполным предварительным смешением; г - то же, в горелках с частичным предварительным смешением;
ФДГ - фронт диффузионного горения; ФКГ - фронт кинетического горения; а - коэффициент избытка воздуха

Для сжигания топлива в топках котельных агрегатов используется много разнообразных горелочных устройств, которые можно классифицировать по ряду признаков, в том числе:
по степени подготовки горючей смеси - без предварительного смешения газа с окислителем; с полным предварительным смешением; с неполным предварительным смешением; с частичным предварительным смешением;
по способу подачи воздуха - с принудительной подачей воздуха от вентилятора; инжектированием воздуха газовой струей, а также за счет разрежения в топке;
по давлению газа перед горелками - низкого давления - до 5 кПа (500 мм вод. ст.); среднего давления - до критического перепада давлений (разности давлений в горелке и топке), при котором скорость истечения газа, а следовательно, и расход газа достигают максимальных (так называемых критических) значений; высокого давления - при критическом и сверхкритическом перепаде давлений (скорость истечения и расход газа при этом равны максимальным (критическим) значениям и не растут даже при увеличении давления);
по степени автоматизации управления горелками - с ручным управлением, полуавтоматические, автоматические;
по скорости истечения продуктов горения - низкая - до 20 м/с; средняя - 20...70 м/с; высокая - более 70 м/с.

Принципы сжигания газа. В зависимости от способа подачи в топочную камеру газа и воздуха и условий их смешения различают варианты организации процесса горения, основанные на следующих принципах горения:
диффузионный - с внешним (после горелки) смешением газа и воздуха;
кинетический - с полным предварительным (в горелке) смешением до образования однородной смеси;
диффузионно-кинетический - с неполным предварительным смешением без образования однородной смеси;
то же, с частичным предварительным смешением с образованием однородной смеси, но с недостатком окислителя в начальной смеси.
Для сжигания, например, природного газа требуется определенное время тг, которое складывается из времени смешения гсм газа с воздухом, времени нагрева тн газовоздушной смеси до температуры воспламенения и времени тх р, необходимого для протекания собственно химических реакций горения:

На рис. 3.1, а показана принципиальная схема организации диффузионного принципа сжигания. Видно, что газ и воздух в пределах горелки не контактируют. Смешение компонентов, участвующих в горении, в данном случае осуществляется в топочной камере. Для диффузионного принципа сжигания ХфИЗ » ^х.р? процесс горения при этом затягивается, и при достаточном для сжигания количестве воздуха получается относительно длинный светящийся факел ярко-соломенного цвета. Сгорание топлива происходит в тонком поверхностном слое факела.
При кинетическом принципе сжигания (рис. 3.1, б) наиболее продолжительная часть процесса - стадия смешения топлива с окислителем длительностью тсм - переносится в горелку. При этом тхр » ТфИЗ, т.е. т, = тхр. При достаточных температурах в топке процесс горения топлива происходит очень быстро и образуется короткий факел в виде голубого прозрачного конуса. Сгорание топлива в данном случае осуществляется на поверхности этого конуса, называемой фронтом кинетического горения.
При реализации диффузионно-кинетического способа сжигания (в горелках с неполным и частичным предварительным смешением), при котором продолжительности физической и химической стадий процесса соизмеримы, т.е. тфиз « тхр, факел имеет два фронта горения (рис. 3.1, в, г): кинетический в виде голубого прозрачного конуса и диффузионный, в котором происходит догорание топлива в прозрачном факеле бледно-голубого цвета.
Диффузионные горелки. В этих горелках газ смешивается с воздухом в топке вследствие взаимной диффузии (взаимного проникновения) газа и воздуха на границах вытекающего потока.
Разновидностью диффузионных горелок является подовая горелка (рис. 3.2), которая состоит из газового коллектора 2 диаметром 32...80 мм. Коллектор изготовлен из стальной трубы, заглушённой с одного торца, имеет два ряда отверстий диаметром 1...3мм, просверленных одно относительно другого под углом 60... 120°. Газовый коллектор устанавливается в щели 4, выполненной из огнеупорного кирпича, опирающегося на колосниковую решетку 3. Газ через отверстия в коллекторе выходит в щель, равномерно распределяясь по ее длине. Воздух для горения поступает в ту же щель через колосниковую решетку за счет разрежения в топке или принудительно с помощью вентилятора. В процессе работы огнеупорная футеровка щели разогревается, обеспечивая стабилизацию пламени на всех режимах работы горелки.
Для наблюдения за процессом горения и розжига горелки служит смотровое окно 1. Подовые горелки могут работать на низком и среднем давлении газа и используются в секционных котлах, котлах ТВГ, КВ-Г, ДКВР.

Инжекционные горелки низкого и среднего давления. Показанная на рис. 3.3 инжекционная газовая горелка низкого давления по принципу организации смешения газа с воздухом относится к горелкам с частичным предварительным смешением.
Струя газа под давлением выходит из сопла 1 с большой скоростью и за счет своей энергии захватывает в конфузоре 2 воздух, увлекая его внутрь горелки. Смешение газа с воздухом происходит в смесителе, состоящем из конфузора 2, горловины 3 и диффузора 4. Разрежение, создаваемое инжектором, возрастает с увеличением давления газа, и при этом изменяется количество подсасываемого первичного воздуха (от 30 до 70 %), необходимого для полного сгорания газа.

Рис. 3.2. Подовая горелка :
1 - смотровое окно; 2 - газовый коллектор; 3 - колосниковая решетка; 4 - щель; 5 - огнеупорные кирпичи

Рис. 3.3. Инжекционная газовая горелка низкого давления :
1 - сопло; 2 - конфузор; 3 - горловина; 4 - диффузор; 5 - огневой насадок; 6 - регулятор первичного воздуха

Количество воздуха, поступающего в горелку, можно изменять при помощи регулятора 6 первичного воздуха, представляющего собой шайбу, вращающуюся на резьбе. При вращении регулятора изменяется расстояние между шайбой и конфузором, и таким образом регулируется подача воздуха.
Для обеспечения полного сгорания топлива часть воздуха поступает за счет разрежения в топке. Регулирование расхода вторичного воздуха производится путем изменения разрежения в топке.
Инжекционные горелки низкого давления выполняются огневыми насадками 5 разной формы.
Инжекционные горелки обладают свойством саморегулирования, т.е. возможностью обеспечения постоянства соотношения между количеством поступающего в горелку газа и количеством подсасываемого ими первичного воздуха. При этом, если подача воздуха в горелку при помощи шайбы отрегулирована по цвету пламени или показанию газоанализатора на полное сгорание газа и горелка работает спокойно без шума, то дальнейшее изменение ее нагрузки можно проводить, увеличивая или уменьшая только расход газа, не меняя положения воздушной шайбы.
Изменяя режим работы горелки, необходимо следить за устойчивостью ее пламени, так как на характер горения газа влияют не только количество подаваемого в нее первичного воздуха, но и количество вторичного воздуха, поступающего в топку.
Инжекционная горелка среднего давления ИГК конструкции Ф.Ф.Казанцева (рис. 3.4) относится к горелкам с полным предварительным смешением и устойчиво работает при давлении газа 2...60 кПа (200...6ООО мм вод. ст.).
Газ, поступающий в горелку через газовое сопло 4, инжектирует воздух в необходимом для сжигания количестве. В смесителе 2, состоящем из конфузора, горловины и диффузора, осуществляется полное перемешивание газа с воздухом.
В конце диффузора установлен пластинчатый стабилизатор 1, который обеспечивает устойчивую работу горелок без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузок.

Рис. 3.4. Инжекционная горелка ИГК среднего давления конструкции Ф. Ф. Казанцева :
1 - пластинчатый стабилизатор горения; 2 - смеситель; 3 - регулятор подачи воздуха; 4 - газовое сопло; 5 - гляделка

Стабилизатор горения состоит из тонких стальных пластин, расположенных на расстоянии примерно 1,5 мм одна от другой. Пластины стабилизатора стянуты между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов горения, за счет теплоты которых происходит непрерывное поджигание газовоздушной смеси. Фронт пламени удерживается на определенном расстоянии от устья горелки.
Регулирование подачи воздуха производится с помощью регулятора 3. На внутренней его поверхности укреплен клеем шумопоглощающий материал. В регуляторе выполнено смотровое окно - гляделка 5 для наблюдения за целостностью стабилизатора.
Вследствие хорошего перемешивания газа с воздухом инжекционные горелки обеспечивают создание малосветящегося факела с полным сгоранием газа при малых коэффициентах избытка воздуха а « 1,05.
К преимуществам инжекционных горелок относятся:
простота конструкции;
устойчивая работа горелки при изменении нагрузок;
надежность работы и простота обслуживания;
отсутствие вентилятора, электродвигателя для его привода, воздухопроводов к горелкам;
возможность саморегулирования, т.е. поддержания постоян¬ного соотношения газ -воздух.
К недостаткам инжекционных горелок относятся:
значительные габариты горелок по длине, особенно горелок увеличенной производительности (например, горелка ИГК-250-00 номинальной производительностью 135 м3/ч имеет длину 1 914 мм);
высокий уровень шума у инжекционных горелок среднего давления при истечении газовой струи и инжектировании воздуха;
зависимость поступления вторичного воздуха от разрежения в топке (для инжекционных горелок низкого давления), плохие условия смесеобразования в топке, приводящие к необходимости увеличения общего коэффициента избытка воздуха до а= 1,3... 1,5 и даже выше для обеспечения полного сгорания топлива.

Горелки с принудительной подачей воздуха. У большинства горелок с принудительной подачей воздуха образование газовоздушной смеси начинается в самой горелке и завершается в топке. Воздух для сгорания газа подается с помощью вентилятора. Подачу газа и воздуха осуществляют по отдельным трубам, поэтому такие горелки часто называют двухпроводными и смесительными. Работают они на газе низкого и среднего давления. Для лучшего перемешивания поток газа чаще всего направляют через многочисленные отверстия под углом к потоку воздуха. В зависимости от направления газового потока различают горелки с центральной подачей газа, если поток направлен от центра к периферии, и горелки с периферийной подачей газа, если поток направлен от периферии к центру горелки.
Во многих конструкциях горелок для улучшения условий смешения потоку воздуха сообщают вращательное движение, для чего используют завихрители с постоянным и регулируемым углом установки лопаток либо вводят воздух тангенциально в горелку цилиндрической формы.

Рис. 3.5. Горелка ГА с принудительной подачей воздуха :
1 - штуцеры для измерения давления газа и воздуха; 2 - распределительная камера; 3 - газовые трубки; 4 - огнеупорная футеровка; 5 - смесительная камера; 6 - головка с направляющими ребрами для закручивания воздуха

Горелки могут работать на горячем воздухе, подогретом за счет использования теплоты отходящих газов. На ряде горелок с принудительной подачей воздуха можно регулировать длину и светимость факела. На котлах малой и средней мощности устанавливают горелки типов ГА, ГГВ, Г-1,0 и др.
Горелка типа ГА с принудительной подачей воздуха приведена на рис. 3.5. Газ низкого или среднего давления подается в распределительную камеру 2, из которой поступает в трубки 3. На концы трубок навернуты конические головки Расположенная в центре горелки трубка предназначена для наблюдения за процессом горения, а при сжигании мазута ее используют для установки форсунки. Свободные пространства между головками трубок в устье горелки уплотняют огнеупорной футеровкой 4 (из жароупорного бетона). Это предохраняет горелку от перегрева и обеспечивает поступление воздуха только к газораспределительным головкам.
В горелке газовой вихревой ГГВ (рис. 3.6) газ из газораспределительного коллектора 2 выходит через отверстия, просверленные в один ряд, и под углом 90° поступает в закрученный с помощью лопаточного завихрителя 4 поток воздуха.

Рис. 3.6. Горелка газовая вихревая ГГВ :
1 - смотровое окно; 2 - газовый коллектор; 3 - корпус горелки; 4 - лопаточный завихритель; 5 - устье горелки; 6 - конический туннель

Рис. 3.7. Горелка для природного газа :
1 - камера смешения; 2 - конусная насадка; 3 - направляющие лопатки; 4 - трубопровод для подачи газа; 5 - трубопровод для тангенциального подвода
воздуха

Лопатки приварены под углом 45° к наружной поверхности газового коллектора. Внутри газового коллектора расположена труба для наблюдения через смотровое окно 7 за процессом горения. При работе на мазуте в нее устанавливают паромеханическую форсунку.
На рис. 3.7 показана горелка для природного газа. Производительность данной вихревой горелки до 750 м3/ч. Газ поступает в центральный трубопровод 4 горелки и выходит в камеру смешения 1 через ряд мелких отверстий в конусной насадке 2, установленной на выходе из трубопровода подачи газа. Воздух по трубопроводу 5 поступает в камеру смешения по межтрубному пространству, имея вращательное движение, обеспечиваемое тангенциальным подводом к горелке и направляющими лопатками 3.

Комбинированные горелки. В комбинированных горелках раздельно или совместно сжигается жидкое и газообразное топливо. Например, газомазутная горелка ГМГ (рис. 3.8) состоит из трех вставленных одна в другую камер. Газ поступает в среднюю узкую камеру и выходит через один или два ряда отверстий 4, расположенных по окружности. В центре горелки размещена паромеханическая форсунка, включаемая при работе на мазуте.
Необходимый для горения воздух подается в горелку двумя потоками, из которых один (примерно 15% общего расхода воздуха) проходит через завихритель J, состоящий из лопаток, установленных под углом непосредственно к корню факела. Этот воздух, называемый первичным, способствует улучшению перемешивания с газом, особенно при малых тепловых нагрузках котла. Другой поток воздуха, называемый вторичным и являющийся основным, проходит через завихритель 2 и закрученным потоком поступает к месту горения.
В последнее время выпускаются модернизированные горелки ГМГМ, в которых несколько изменены паромеханическая форсунка, завихрители первичного и вторичного воздуха.

Рис. 3.8. Газомазутная горелка ГМГ :
1 - монтажная плита; 2, 3 - завихритель вторичного и первичного воздуха соответственно; 4 - газовыходное отверстие

Газ выходит через отверстия, расположенные в один ряд по направлению движения воздуха и в два ряда в перпендикулярном направлении, что дает хорошее перемешивание газа с воздухом. Горелки ГМГМ обеспечивают полное сгорание газа при ос = 1,05.
В газомазутных горелках котлов ПТВМ газ из газопровода поступает в кольцеобразную газовую камеру 5 горелки (рис. 3.9) и выходит через два ряда отверстий в направлении, перпендикулярном направлению потока воздуха. В центральной части горелки расположена мазутная форсунка J, которая во время работы охлаждается проточной водой. При сжигании газа форсунка должна быть удалена из зоны горения. Воздух к каждой горелке подается отдельным центробежным вентилятором. Для лучшего перемешивания с газом воздух закручивается завихрителем 4.

Запальные горелки. Для розжига основной горелки служит запальная горелка. Запальные горелки могут быть переносными (для ручного розжига) и стационарными (для автоматического розжига).
Широкое распространение для ручного розжига горелок получили переносные газовые запальные горелки конструкции Мосгазпроекта. Газовая горелка присоединяется к газопроводу с помощью гибкого шланга 7 (рис. 3.10). Поток газа, выходящего из сопла б, подсасывает через отверстие 2 воздух из окружающей среды. Газовоздушная смесь поступает в огневой насадок 4 и через ряд мелких отверстий выходит из него, образуя множество факелов небольшого размера.

Рис. 3.9. Газомазутная горелка котлов ПТВМ:
1 - короб; 2 - смотровое окно; 3 - мазутная форсунка; 4 - завихритель воздуха; 5- газовая камера; 6 - шамотобетон; 7- асбестодиатомитовый бетон; 8 - магнезиальная обмазка; 9 - концевой упор горелки в экраны

Запальная горелка как вспомогательное приспособление вводится к устью разжигаемой горелки через специальное отверстие. Запальное отверстие располагается над горелкой или сбоку от нее. Для правильной установки относительно устья разжигаемой горелки запальная горелка имеет ограничитель.
Стационарные запальные горелки являются элементами запально-защитных устройств (ЗЗУ). Они предназначены для автоматического и дистанционного розжига горелочных устройств.

Рис. 3.10. Газовая запальная горелка конструкции Мосгазпроекта :
1 - штуцер-удлинитель для присоединения шланга; 2 - отверстия для прохода воздуха; 3 - торцевая пластинка; 4 - огневой насадок; 5 - воздушная обойма; 6 - сопло; 7 - гибкий шланг

Электрозапальники осуществляют воспламенение поступающего в них газа и контроль собственного пламени. В комплект электрозапальника входит трансформатор (или катушка) зажигания и электромагнитный клапан. Электрозапальник имеет трубопровод 1 (рис. 3.11) подачи газа, изолированный высоковольтный центральный электрод 6, конец которого загнут так, что между ним и корпусом горелки образуется небольшой зазор порядка 6...8 мм, стабилизатор 7 горения и контрольный электрод.
При подаче тока на трансформатор зажигания между центральным электродом и корпусом возникает высокое напряжение 8...10кВ, в результате вследствие пробоя воздушного зазора образуется искра. Одновременно с включением трансформатора зажигания открывается электромагнитный клапан подачи газа на электрозапальник. Газ поджигается искрой, и таким образом возникает факел. Контроль горения факела осуществляется с помощью контрольного электрода, включенного в электрическую цепь автомата контроля пламени. При наличии факела эта цепь замкнута, так как при высоких температурах факел электропроводен. При погасании факела электрическая цепь разрывается, и автомат контроля пламени отключает питание электромагнитного клапана. Подача газа на запальник при этом прекращается.

Блочные автоматизированные горелки со встроенным вентилятором. В последнее время в промышленности, коммунально-бытовом секторе и сельском хозяйстве появилось значительное количество котельных агрегатов (в основном жарогазотрубных) с высоким КПД, низким выбросом токсичных газов, оснащенных полностью автоматизированными горелками.

Рис. 3.11. Электрозапальник :
1 - трубопровод подачи газа; 2 - клемма высоковольтного электрода; 3 - изолятор; 4 - винт для центровки электрода; 5 - фарфоровая трубка; 6 - высоковольтный центральный электрод; 7 - стабилизатор горения

Горелочные устройства характеризуются широким диапазоном теплопроизводительности - 10...20 ООО кВт и предназначены для работы на природном и сжиженном газе, легких жидких топливах и мазуте. В комбинированных горелках сжигаются как газообразные, так и жидкие топлива.
Одной из ведущих мировых фирм по производству горелок является фирма Weishaupt (Германия), разрабатывающая и выпускающая полностью автоматизированные газовые, жидкотопливные и комбинированные горелки с одноступенчатым, двухступенчатым, плавно-двухступенчатым и модулируемым регулированием производительности.
На рис. 3.12 в качестве примера приведена автоматическая га¬зовая горелка типа WG-5 мощностью 12,5...50 кВт. Горелка предназначена для сжигания природного и сжиженного газа и оснащена следующей арматурой: шаровым краном 9 для подачи газа к горелке; реле 8 давления газа; многофункциональным газовым мультиблоком 7, в котором имеются фильтр (грязеуловитель), два магнитных клапана, регулятор давления газа. По присоединительному каналу 6 газ поступает в пламенную трубу 3.

Рис. 3.12. Автоматическая газовая горелка типа WG-5 :
1 - электронный прибор зажигания; 2 - электрод зажигания; 3 - пламенная труба; 4 - подпорная шайба; 5 - ионизационный электрод; 6 - присоединительный канал; 7 - многофункциональный газовый мультиблок; 8 - реле давления газа; 9- шаровой кран; 10 - колесо вентилятора; 11 - винт регулировки воздушной заслонки; 12- указатель положения воздушной заслонки; 13 - электродвигатель; 14 - реле давления воздуха; 15 - менеджер горения; 16 - регулировочный винт подпорной шайбы

В корпусе горелки расположены вентилятор, который приводится в действие с помощью электродвигателя 13, электронный прибор 7 зажигания, микропроцессорный менеджер горения 75.
Колесо 10 вентилятора, приводимое в действие электродвигателем, всасывает воздух через решетку воздухозаборника в корпус регулятора воздуха, в котором расположена воздушная заслонка. Положение воздушной заслонки можно изменять с помощью винта 77, и этим в процессе наладки работы горелки достигается оптимизация количества подводимого воздуха на стороне всасывания. Воздух вентилятором подается в пламенную трубу 3.
На конической части пламенной трубы находится подпорная шайба 4, за которой происходит смешивание газа и воздуха, поступающего под давлением. Регулировочным винтом 16 можно менять положение подпорной шайбы и таким образом изменять количество подаваемого воздуха на напорной стороне.
Управление работой горелки и диагностика неисправностей осуществляется с помощью микропроцессорного менеджера горения 75.
При работе горелки осуществляется постоянный контроль минимального давления газа с помощью реле давления газа. Реле 14 давления воздуха контролирует работу вентилятора горелки. Контроль наличия пламени происходит с помощью контрольного ионизационного электрода 5.
При включении горелки термостат (регулятор температуры) посылает на менеджер горения команду на включение. После этого запускается электродвигатель 13 горелки, и вентилятор начинает нагнетать воздух в камеру горения. Условием включения электродвигателя является замыкание контакта реле давления газа, подтверждающего наличие достаточного давления газа. В начале предварительной продувки топки срабатывает реле давления воздуха. По окончании продувки начинается розжиг горелки, при этом электронный прибор 7 зажигания создает высокое напряжение между электродом 2 зажигания и подпорной шайбой 4. При появлении искры открываются магнитные запорные клапаны в многофункциональном мультиблоке и происходит розжиг горелки. Сообщение о наличии пламени, контролируемое ионизационным электродом, поступает на менеджер горения.

Любые горелки служат для ввода в топку топлива и воздуха, последующего их перемешивания и для обеспечения устойчивого воспламенения топливовоздушной смеси. Другое название – горелочные устройства. Любые горелки должны удовлетворять требованиям экономичности, экологичности, технологичности и ремонтопригодности и надежности.

Конкретные требования:
1. Должны обеспечивать экономичное сжигание расчетных видов топлив во всем диапазоне нагрузок котла
2. Должны обеспечивать требуемые экологические показатели при работе на расчетных видах топлива
3. Конструкция горелок должна быть такова, чтобы обеспечивалось герметичное соединение с топкой
4. Горелки должны быть технологичными и ремонтопригодными
5. Горелки должны обеспечивать срок службы котла не менее 12000 часов без капитального ремонта

Выполнение требований 1 и 2 зависят не только от конструкции горелок но и от топочного устройства.

Классификация:
1. По виду сжигания топлива горелки бывают:
1.1. Пылеугольные
1.2. Газовые
1.3. Мазутные
1.4. Комбинированные
2. По аэродинамическому способу ввода компонентов горючей смеси:
2.1. Вихревые
2.2. Прямоточные

Под прямоточной горелкой понимается такая горелка, в которой потоки топлива и воздуха вводится в топку без закрутки. Формально, в выходном сечении она может иметь любую форму, но обычно, каналы, через которые вводятся потоки, прямоугольны в сечении и выходное сечение горелки тоже прямоугольное.

Типы прямоточных горелок:
a) Горелка с центральным вводом вторичного воздуха (с периферийным вводом пылевоздушной смеси). Обычно такие горелки используются для низкореакционных топлив.
b) Горелка с периферийным подводом вторичного воздуха (с центральным вводом П-В смеси). Используются для сжигания высокореакционных топлив.
a. Т.к. вторичный воздух в пределах этих горелок разворачивается на 90 градусов и попадает в вертикальный выходной канал с h>b, то в пределах поворота предусматривается направляющий лопаточный аппарат 4, позволяющий более равномерно распределить воздух по высоте выходного канала. — рассчитываются, чтобы неравномерность была минимальна.
c) ГПО — Горелка прямоточная, с односторонним подводом П-В смеси. Горелки ГПО разрабатывались специально для тангенциальной компоновки горелок в топке и поэтому используются только при этой компоновке. Они достаточно универсальны и поэтому применяются для любых видов топлив – как высоко- так и низко-реакционных. (15-12-4)
d) ГПЧг – Горелка прямоточная с чередующимися по высоте горизонтальными каналами. (15-12-5). Использование первой модификации – для высокореакционных топлив. Вторая модификация –специально для бурых углей.
e) ГПЧв – горелка прямоточная с чередующимися по высоте вертикальными каналами. ГПЧвр — горелка прямоточная с чередующимися по высоте вертикальными каналами и каналов рециркуляции. (15-12-6). Эти горелки предназначены для сжигания бурых углей. Большинство бурых углей – сильно шлакуюшее топливо и одновременно – они очень влажные, поэтому для бурых углей обычно используется газовая сушка топлива. Для того, чтобы в зоне активного горения не было шлакования экранов топки нужно, чтобы температуры в этой зоне были относительно невысоки, а в этом случае может оказаться полезным ввод в топку газов рециркуляции (горелки ГПЧвр). На ЗИО были разработаны унифицированные ряды этих горелок разной тепловой мощности. П-67 (Пп-2650-25-545БТ) ЗиО, работающих в составе блока 800МВт Березовской ГРЭС и сжигающий Березовский Б2. Эти котлы имеют габариты ~25х25х100м. На этих котлах установлено 32 горелки ГПЧвр в 4 яруса.

Все эти горелки целиком изготавливаются на заводе. Для проведения монтажа на них предусматриваются подсоединительные фланцы 8, для пристыковке к пыле- и воздухопроводам, а также крепежный фланец 5 для стыковки горелки с топкой. После проведения монтажа, на горелки снаружи наносится теплоизоляция и Ме обшивка для защиты теплоизоляции.

Горелки полного предварительного перемешивания (ГПП) предназначены для сжигания топлива в плоских параллельных струях и были разработаны на кафедре ПГС для сжигания торфа и подмосковного бурого угля. А последствии они использовались также для сжигания других бурых углей, а также некоторых каменных углей. ГПП применяются исключительно в сочетании с ММТ и гравитационным (шахтным) сепаратором. Горелка устанавливается в верхней части шахты и по первичному воздуху (П-В смеси является продолжением сепаратора. Вторичный воздух по каналам 1 подается в камеру смешения 6, при этом струи вторичного воздуха вытекают туда с большой скоростью и по этому эжектируют в камеру по каналам 3 П-В смесь из шахты. Внутри каналов вторичного воздуха установлены поворотные лопатки 7, которые позволяют получить на выходе из канала более равномерное распределение воздуха по высоте. Внизу канал вторичного воздуха закрыт рассекателем 2. Рассекатель позволяет улучшить аэродинамическую картину сечения и снизить сопротивление горелки; он также предохраняет нижнюю часть корпуса канала вторичного воздуха от абразивного износа. Существует две модификации ГПП: одноструйная (б) и двухструйная (а). Их применение связано с особенностями работы гравитационного сепаратора. В шахтном сепараторе, в зависимости от направления вращения ротора мельницы, существует область восходящего потока смеси и область сепарации. Область восходящего потока занимает примерно половину шахты и с этим обстоятельством связано использование одноструйных или двухструйных ГПП. Если двухструйную ГПП использовать в сочетании с ММТ, ось ротора которой расположена перпендикулярно фронту котла, то большая часть П-В смеси попадет в одну из двух амбразур, а во вторую попадет очень мало были, поэтому двухструйные ГПП обычно используют при расположении осей ММТ параллельно фронту котла, при этом в обе амбразуры попадает одинаковое количество пыли. Для одноструйных горелок расположение оси ротора не имеет значения, но обычно они используются при перпендикулярном расположении оси ротора к фронту котла. На практике ГПП применяются на котлах паропроизводительностью 50..320т/ч. На котлах производительностью =100т/ч обычно используют 3 ММТ с перпендикулярными осями и одноструйными горелками. Иногда на больших котлах (около 320 т/ч) используют двухструйные горелки – это получается из-за того, что высота одноструйных горелок была бы очень большой, в частности, три мельницы и двухструйные горелки используются на колах ТП – 208 (Еп – 670 – 13.8 – 545БТ, двухкорпусные) на Шатурской ГРЭС.

При установке трех мельниц, оси крайних мельниц повернуты под углом относительно средней мельницы. Это позволяет уменьшить воздействие крайних труб на боковые экраны топки и тем самым понизить вероятность их шлакования. Во вторых, между мельницами образуются ремонтные зоны, позволяющие в том числе вынуть ротор. Обычно этот угол порядка 15-20град. При использовании двух ММТ и двухструйных горелок, оси струн тоже наклонены друг к другу для уменьшения шлакования боковых стен.

Кроме рассмотренных прямоточных горелок существует еще:
. Плоскофакельные горелки
. Горелки ударного типа

Достоинства:
1. Конструктивно просты, по сравнению с вихревыми горелками
2. Имеют меньшее аэродинамическое сопротивление, чем вихревые горелки, следовательно расход электроэнергии на собственные нужды меньше.
3. Топки, оборудованные прямоточными горелками отличаются меньшим выходом оксидов азота NOx, чем топки с вихревыми горелками.

Недостатки:
1. Худшая, чем в вихревых, организация перемешивания потока.
2. Меньшая единичная мощность
3. Прямоточные горелки с большей степенью чувствительны к способу их компоновки в топки. Ошибка при выборе компоновочных размеров для прямоточных горелок опаснее, чем для вихревых. Это связано с механизмом стабилизации процесса горения (механизм воспламенения П-В смеси). В прямоточных горелках стабилизация процесса горения в основном протекает за счет внешней эжекции продуктов сгорания.
4. Прямоточные горелки за исключение ГПО и плоско-факельных горелок менее универсальны по топливу, чем вихревые.
5. Как правило, у прямоточных горелок более высокая дальнобойность, чем у вихревых горелок. Исключение – плоско-факельные горелки и горелки ударного типа.

Использование: в энергетике, в частности, в топках котельных агрегатов, сжигающих распыленное твердое, жидкое и газообразное топливо. Сущность изобретения: прямоточная горелка содержит вертикально-щелевые сопла 1 топливно-воздушной смеси и расположенные по одну сторону от них внешние и внутренние сопла 2 и 3 вторичного воздуха, последнее из которых установлено параллельно соплу 1 топливно-воздушной смеси. Внутреннее и внешнее сопла 2 и 3 на выходе из горелки установлены расходящимися в горизонтальной плоскости под углом, равным не менее 30 o , между указанными соплами 2 и 3 выполнен простенок 4 шириной не менее суммарной ширины сопла 1 топливно-воздушной смеси и внутреннего сопла 2 вторичного воздуха. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано преимущественно в тангенциальных топках котельных агрегатов, сжигающих распыленное твердое, жидкое и газообразное топливо. Известны прямоточные пылеугольные горелки, содержащие два параллельно-щелевых канала, направленных по касательной к условной центральной окружности, один из которых, расположенный обычно в топке со стороны ядра факела, служит для подачи топливно-воздушной смеси, а второй, располагающийся со стороны близлежащей боковой стенки топки, служит для подачи вторичного воздуха. Недостатком такой конструкции является высокий уровень концентрации О 2 на начальном участке факела, что приводит к образованию повышенных концентраций окислов азота (NO х). Известна прямоточная пылеугольная горелка, содержащая пылеподводящую трубу, а также воздушный короб, разделенный на каналы первичного и вторичного воздуха продольной перегородкой, снабженной на заднем торце языковым шибером, в который пылевидное топливо подается с высокой концентрацией по пылеподводящей трубе, размещенной в канале первичного воздуха. Недостатком такой горелки является высокий уровень NO х, так как весь воздух подается в зону выхода летучих и воспламенения топлива. Известна также пылеугольная угловая горелка, состоящая из попарно расположенных сопл первичной топливно-воздушной смеси и сопл вторичного воздуха, направленных по касательной к центральной окружности, причем сопла вторичного воздуха по отношению направления вращения факела в топке установлены за соплами аэросмеси. Отличительной особенностью такой горелки является расположение сопл топливно-воздушной смеси и сопл вторичного воздуха в проекции на горизонтальную плоскость таким образом, что их продольные оси сходятся в топке под острым углом не более 45 о. Недостатком такой горелки является быстрое смешение вторичного воздуха с топливно-воздушной смесью, в результате чего уже в ближайших к устью горелки сечениях горелочной струи, где еще не успела выделиться из угля основная часть азотсодержащих летучих веществ, концентрация кислорода (О 2) становится высокой, что приводит к образованию больших концентраций окислов азота. В настоящее время многочисленными отечественными и зарубежными исследованиями доказано, что при пылеугольном сжигании основная часть NO х образуется на участке выхода и горения летучих. Поэтому для снижения NO х необходимо на начальном участке горелочной струи протяженностью в несколько калибров создать зону с недостатком кислорода за счет задержки подмешивания вторичного воздуха к топливно-воздушной струе. При этом также повышается устойчивость воспламенения топлива, так как более позднее подмешивание вторичного воздуха способствует более быстрому прогреву топливно-воздушной смеси на начальном участке и ускорению выхода и сгорания летучих веществ. Целью изобретения является уменьшение образования окислов азота и повышение устойчивости воспламенения топливно-воздушной смеси. Для достижения указанной цели предлагаемая прямоточная горелка содержит вертикально-щелевое сопло топливно-воздушной смеси и расположенные по одну сторону от него внешнее и внутреннее сопла вторичного воздуха, последнее из которых установлено параллельно соплу топливно-воздушной смеси. Внутреннее и внешнее сопла на выходе из горелки установлены в горизонтальной плоскости, расходящимися под углом не менее 30 о. Между указанными соплами выполнен простенок шириной не менее суммарной ширины сопла топливно-воздушной смеси и внутреннего сопла вторичного воздуха. При сжигании жидкого, газообразного топлива или угольной пыли, подаваемой преимущественно с высокой концентрацией (30.80 кг.топлива/кг.воздуха) предлагаемая горелка содержит вертикально-щелевые сопла топливно-воздушной смеси с топливораздающим устройством на конце и внешние и внутренние сопла вторичного воздуха, установленные на выходе из горелки расходящимися в горизонтальной плоскости под углом равным не менее 30 о. Между соплами вторичного воздуха выполнен простенок шириной не менее суммарной ширины сопла вторичного воздуха, при этом сопла топливно-воздушной смеси установлены на внутренних соплах вторичного воздуха. Предлагаемое выполнение сопл вторичного воздуха с расходящимися продольными осями и непроточным разрывом (простенком) между ними позволяет, как показали проведенные в Сибтехэнерго стендовые (модельные) исследования, задержать подмешивание наружной струи вторичного воздуха к основной горелочной струе на участке 5-6 калибров горелки. Здесь в качестве калибра принимается суммарная ширина параллельных сопл топливно-воздушной смеси и внутреннего вторичного воздуха. При меньших (по сравнению с предлагаемыми) углах расхождения продольных осей сопл вторичного воздуха и размерах простенка между ними вытекающие из горелки струи топливно-воздушной смеси и вторичного воздуха под влиянием создаваемого струями разрежения между ними смыкаются вблизи устья горелки. В результате эффект снижения концентраций кислорода, а следовательно, и окислов азота, оказывается незначительным. Наличие непроточного разрыва (простенка) между соплами вторичного воздуха способствует подсосу в межструйное пространство (снизу и сверху) высокотемпературных топочных газов, интенсифицирующих прогрев и воспламенение топливно-воздушной струи. Кроме того, приток этих газов уменьшает концентрацию кислорода на участке воспламенения, а это, в свою очередь, способствует снижению образования NO х. При меньшей, по сравнению с предлагаемой, ширине простенка подсасываемые газы не доходят по высоте до середины горелки, и эффект прогрева и стабилизации воспламенения оказывается незначительным. Соотношение выходных сечений внутреннего и наружного сопл вторичного воздуха принимается из условия, при котором суммарный расход воздуха в топливно-воздушной смеси и вторичного воздуха, проходящего по внутреннему соплу, обеспечивал бы избыток воздуха на выходе из горелки ( г) в диапазоне 0,6-0,8. При г < 0,6 резко возрастают химический и механический недожог и образуются токсичные составляющие СО, канцерогены и др. При г > 0,8 эффект снижения образования NO х за счет стадийности подачи окислителя (воздуха) становится существенно меньшим. Предлагаемый диапазон г 0,6-0,8 принят из условий сжигания различных топлив с разным содержанием летучих и азота. С целью оптимизации режимов по NO х для конкретного топлива в каналах вторичного воздуха устанавливаются регулирующие клапаны, позволяющие перераспределять воздух между внутренним и наружным соплами. На фиг. 1 показан горизонтальный разрез по оси горелки; на фиг.2 расположение горелок по сечению топки; на фиг.3 установка горелок по высоте топки (вид из топки); на фиг.4 горизонтальный разрез по оси горелки с раздельными подводами вторичного воздуха; на фиг.5 горизонтальный разрез по оси горелки для схем подачи угольной пыли с высокой концентрацией или для сжигания жидкого и газообразного топлива; на фиг.6 вид по стрелке Б на фиг.5. Горелка содержит сопло 1 для подачи топливно-воздушной смеси, внутреннее сопло 2 и наружное сопло 3 для подачи вторичного воздуха. Сопла 1 и 2 расположены параллельно друг другу, а сопло 3 под расходящимся углом, равным 30 о и более. В выходном сечении горелки сопла 2 и 3 разделены простенком 4, ширина которого С составляет не менее суммарной ширины В сопл 1 и 2. Размеры и соотношение проходных сечений сопл 2 и 3 выбираются из условия, при котором избыток воздуха на выходе из сопл 1 и 2 составлял бы 0,6-0,8. Для перераспределения вторичного воздуха между соплами 2 и 3 в общем канале установлен регулирующий клапан 5. Возможно конструктивное выполнение горелки (см. фиг.4) с раздельными подводами вторичного воздуха к внутреннему 2 и наружному 3 соплам с установкой индивидуальных регулирующих клапанов 5 в каждом канале после воздухоподводящих коробов 6. В топочной камере 7 горелка установлена таким образом, чтобы продольные оси сопл 1 и 2 были направлены по касательным к условной окружности 8 в центре топки. При этом сопло 1 расположено со стороны потока набегающих топочных газов 9 от вращающегося факела, имеющего направление крутки, показанное стрелкой 10. По высоте топки горелки могут быть установлены в один или несколько ярусов (см.фиг.3). В случае применения схем транспорта угольной пыли с высокой концентрацией (ПВК), например, по пылепроводу диаметром 70-100 мм или же при сжигании газа и жидкого топлива предлагаемая горелка может выполняться без сопла 1 (см. фиг. 5, 6). В этом случае для подвода пыли или мазута и газа в сопле 2 установлен трубопровод 14, на конце которого (на выходе из горелки) имеется топливораздающее устройство 15. В качестве такого устройства для угольной пыли служит рассекатель-стабилизатор, для жидкого топлива форсунка, для газа газораспределительная насадка. Предлагаемая горелка работает следующим образом. Подготовленная для сжигания топливно-воздушная (угольная) смесь подается в топку через сопло 1 с постоянной скоростью на выходе из горелки (14-20 м/с). Вторичный воздух подводится к горелке через один общий или два раздельных патрубка 6, после которых большая часть воздуха проходит через сопло 2, а остальная доля его отводится в топку через сопло 3. Перераспределение расхода вторичного воздуха между соплами 2 и 3 осуществляется с помощью регулирующих клапанов 5. Скорость истечения вторичного воздуха в топку 30-50 м/с. В случае транспортировки угольной пыли по трубопроводу высокой концентрации или же при сжигании мазута или газа топливо может подаваться через сопло 2 и распыливаться с помощью топливораздающего устройства 15. При выходе топливно-воздушной смеси 11 в топку со стороны набегающего потока горящего факела происходит быстрый прогрев топлива и его воспламенение. Быстрый прогрев топливно-воздушной струи в предлагаемой горелке происходит за счет подмешивания к корню струи горячих топочных газов, притекающих как с внешней стороны (поток 9), так и через межструйное пространство в зоне 12 (см.фиг.2). При прогреве пылевидного топлива из него выделяются летучие вещества в виде газообразных составляющих, в состав которых входят и азотсодержащие соединения. В начале процесса сгорания азотсодержащие соединения разлагаются с образованием активного азота, который в дальнейшем участвует в реакциях образования и разложения NO х. N + O 2 NO + О,

N + NO N 2 + О

Конечный выход топливных окислов азота определяется динамическим равновесием образования и разложения NO. Учитывая, что константы скоростей реакций и образования (К 1) и разложения (К 2) зависят от температуры, можно считать, и это доказано многими опытами, что температура оказывает существенно меньшее влияние на конечный выход топливных NO х, чем концентрация кислорода. Поскольку в предлагаемой конструкции горелки воспламенение и сгорание топлива на начальном участке факела происходит при недостатке кислорода, то и образование окислов азота в такой системе замедляется. В дальнейшем, когда основная часть летучих выделилась и сгорела с неполным окислением на некотором расстоянии (сечение 1-1 на удалении 5-6 калибров от горелки) к горелочной струе подмешивается воздух со струей 13, истекающей из наружного сопла 3, который способствует дожиганию летучих и экономичному сгоранию кокса. Помимо основного эффекта подача части воздуха через сопло 3 со стороны близлежащей стены топки позволяет создать вблизи экранов окислительную газовую среду и уменьшить интенсивность шлакования и высокотемпературной коррозии. В настоящее время Барнаульским и Подольским котельными заводами совместно с Сибтехэнерго разработаны проекты реконструкции котлов П-57, Е-500, ПК-10 и других, в которых с целью снижения выбросов NO х, в качестве горелочного устройства используется предлагаемая горелка.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Прямоточная горелка с низким выходом окислов азота преимущественно для тангенциальных топок паровых и водогрейных котлов, содержащая вертикально-щелевые сопла топливовоздушной смеси и расположенные по одну сторону от них внешние и внутренние сопла вторичного воздуха, последнее из которых установлено параллельно соплу топливовоздушной смеси, отличающаяся тем, что, внутреннее и внешнее сопла на выходе из горелки установлены расходящимися в горизонтальной плоскости под углом не менее 30 o , между указанными соплами выполнен простенок шириной не менее суммарной ширины сопла топливовоздушной смеси и внутреннего сопла вторичного воздуха. 2. Способ сжигания топлива путем раздельной подачи в зону горения потока пылевоздушной смеси, внешнего и внутреннего потоков вторичного воздуха, отличающийся тем, что суммарный расход воздуха в пылевоздушной смеси и внутреннего воздуха составляет величину, обеспечивающую коэффициент избытка воздуха в начале зоны горения в диапазоне 0,6 - 0,8. 3. Прямоточная горелка с низким выходом окислов азота преимущественно для тангенциальных топок паровых и водогрейных котлов, содержащая вертикально-щелевые сопла топливовоздушной смеси с топливораздающим устройством на конце, внешние и внутренние сопла вторичного воздуха, отличающаяся тем, что внутренние и внешние сопла вторичного воздуха на выходе из горелки установлены расходящимися в горизонтальной плоскости под углом не менее 30 o , между указанными соплами выполнен простенок шириной не менее суммарной ширины сопла топливовоздушной смеси и внутреннего сопла вторичного воздуха, при этом сопла топливовоздушной смеси установлены во внутренних соплах вторичного воздуха.

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 Q тт, МВт,

Q тт = B p Q н р (12.1)

где Вр - общий расчетный расход топлива на котел, кг/с;

Q н р - теплота сгорания топлива, МДж/кг.

Тепловая мощность горелки Q г, МВт,

Q г = В г Q н р (12.2)

где Вр-расход топлива на одну горелку, кг/с.

Количество горелок

п = В р /В г. (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

Рисунок 12.3 - Принципиальная схема прямоточных горелок

а - щелевая горелка; б - сопловая горелка; I - аэросмесь; II - вторичный воздух

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

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

(Документ)

Реферат-Одноковшовый экскаватор ЭО-2621 (Реферат)

Замотринский В.А., Шангина Л.И. Устройства СВЧ и антенны. Часть 1: Устройства СВЧ (Документ)

Самохвалов М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники (Документ)

Презентация - Устройство набивных свай (Реферат)

Арменский Е.В., Фалк Г.Б. Электромеханические устройства автоматики (Документ)

Реферат - Кран трубоукладчик (Реферат)

Повный А.В. Лекция Виды технического обслуживания устройств РЗА и ПА (Документ)

Лабораторная работа - Непрерывная цепь Маркова (Лабораторная работа)

Красник В.В. Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах. Раздел 4. Распределительные устройства и подстанции (Документ)

n1.docx

Введение 2

Твердое топливо 2

Вихревые горелки 3

Прямоточные горелки 8

Газообразное топливо 11

Сжигание газообразного топлива с низкой теплотой сгорания 12

Сжигание газообразного топлива с высокой теплотой сгорания 13

Сжигание газа совместно с другими видами топлива 14

Газомазутные горелки 14

Список литературы 16

Введение

Горелка - это устройство для поддержания процесса горения жидкого, газообразного или пылеобразного топлива. Обеспечивают испарение (для жидкого топлива), смешивание с воздухом или другим окислителем, формирование факела и распределение пламени. Пылеугольные горелки служат для организованного ввода угольной пыли и воздуха в топку. С помощью горелок и рациональной компоновки их в значительной мере организуется топочный процесс: устойчивое зажигание факела, смесеобразование, интенсивное выгорание пыли и бесшлаковочная работа парогенератора.

Твердое топливо

Необходимая интенсивность горения топливной пыли достигается подготовкой горючей смеси (смесеобразованием) в горелочном устройстве (горелке). Полученная в процессе размола и сушки топливная пыль при температуре 70–130 0 С потоком первичного воздуха, доля которого составляет от 15 до 40 %, вдувается в топочную камеру через горелки; в горелки поступает также вторичный воздух при температуре 250–420 0 С .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. Следовательно, горелки выдают в топку два раздельных потока: пылевоздушную смесь и вторичный воздух. Образование горючей смеси завершается в топочной камере.

От работы и размещения горелок в топке зависит характер смесеобразования, что в сочетании с аэродинамикой топочной камеры определяют интенсивность воспламенения, скорость и полноту сгорания, а, следовательно, тепловую мощность и эффективность топки.

Для сжигания угольной пыли применяются два основных типа горелок: вихревые и прямоточные. Через вихревые горелки пылевоздушная смесь и вторичный воздух подаются в топку в виде закрученных струй, образующих в топочном объеме конусообразно расходящийся факел. 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 расположением горелок на стенах топки и созданием необходимой аэродинамики струй в объеме топки. Эти горелки могут быть круглого или прямоугольного сечения.

Вихревые горелки

Виды вихревых горелок:

Двухулиточные горелки с улиточными закручивателями пылевоздушной смеси и вторичного воздуха (рис. 1.а);
Улиточно-лопаточные горелки с улиточным закручивателем пылевоздушной смеси и аксиальным лопаточным закручивателем вторичного воздуха (рис. 1.б);
Прямоточно-улиточные горелки с прямоточным каналом для пылевоздушной смеси рассекателем на выходе из него и улиточным закручивателем вторичного воздуха (рис. 1.в);
Двухлопаточные, в которых закручивание потоков вторичного воздуха и аэропыли обеспечивается аксимальным и тангенциальным лопаточным аппаратом (рис. 1.г).

Горелки этого типа имеют производительность от 1 до 3,8 кг у.т./с, что определяет их тепловую мощность от 25 до 100 МВт. . Основным показателем аэродинамической характеристики горелки с закручивающим аппаратом является параметр крутки n. Его значения для большинства промышленных горелок находятся в пределах 1,5–5, большие значения 3–5 относятся к закручиванию потока вторичного воздуха .

С увеличением степени крутки потока увеличивается угол раскрытия струи и расширяются её границы, увеличиваются размеры зоны рециркуляции газов к устью факела, что обеспечивает более быстрый погрев и воспламенение топлива. Горелки с повышенным параметром n используют при сжигании низкореакционных, трудно воспламеняющихся топлив.

Структура струй пылевоздушной смеси, вытекающих из амбразур вихревых горелок, в значительной мере зависит от типа и конструкции их закручивающих аппаратов. При закручивающем аппарате в виде спирали крутка потока зависит от параметра (отношение площади сечения входного патрубка закручивающего аппарата к квадрату диаметра выходного сечения), значение которого рекомендуется в пределах 0,4 – 0,6. Лопаточные аппараты выполняются с тангенциальными поворачивающимися или неподвижными лопатками на входе в канал вторичного воздуха или с осевыми лопатками на выходе из канала вторичного воздуха. Воздух входит в лопаточный аппарат с направлением, параллельным оси горелки. Лопатки образуют каналы, из которых воздух вытекает в виде струй, наклоненных к продольной оси горелки под некоторым углом.

В двухулиточных и улиточно-лопаточных вихревых горелках пылевоздушной смеси и вторичному воздуху сообщается закрученное движение с одинаковым направлением вращения. В прямоточно-улиточных горелках раскрытие факела достигается установкой рассекателя в выходном сечении канала первичного воздуха и закруткой потока вторичного воздуха.

Благодаря закрутке потоки пылевоздушной смеси и вторичного воздуха в топочной камере распространяются в виде двух концентрически расположенных усеченных полых конусов, причем внутри находится конус пылевоздушной смеси, имеющий несколько больший угол раскрытия для лучшего перемешивания с вторичным воздухом. Чтобы способствовать большему раскрытию факела, амбразуру вихревых горелок выполняют конической.

Улиточно-лопаточные горелки выполняются одно- и двухпоточными по вторичному воздуху. В них закрутка вторичного воздуха осуществляется осевыми лопаточными аппаратами, а пылевоздушной смеси – улиточными закручивателями.

В прямоточно-улиточной вихревой горелке пылевоздушная смесь подается прямоточно по центральной цилиндрической трубе. На выходе из неё пылевоздушный поток, омывая конический рассекатель, раскрывается. Вторичный воздух, поступающий через улиточный закручиватель, завихривает факел. Угол раскрытия рассекателя рекомендуется принимать в пределах 90–120 0 . Главное преимущество этих горелок – меньшее аэродинамическое сопротивление тракта первичного воздуха.

Для зажигания пылевоздушной смеси в горелку монтируется мазутная форсунка производительностью до 2т/ч. Тепловая мощность растопочных форсунок должна составлять меняя 30% мощности пылеугольной горелки. Для розжига мазутной форсунки горелки снабжаются дистанционными электрогазовыми запальниками.

Снижение производительности вихревых горелок однопоточных по вторичному воздуху допускается до 70% номинальной, а двухпоточных – 60%. При этом скорость в пылепроводах по условиям предотвращения сепарации пыли не должна быть ниже допустимых нормами расчета пылеприготовления.

Вихревые горелки, как обладающие высокой устойчивостью зажигания, рекомендуются преимущественно для сжигания пыли АШ, полуантрацитов и тощих углей в открытых и полуоткрытых топках с твердым и жидким шлакоудалением. Эти горелки могут быть использованы и для сжигания топлив с большим выходом летучих. Вихревые горелки рекомендуется располагать на парогенераторах производительностью до 70 кг/с встречно на боковых стенах, а на парогенераторах большей производительности – встречно на широких фронтовой и задней стенах в один, два и более ярусов.

Оптимальная скорость выхода пылевоздушной смеси из вихревой горелки составляет 14–16 м/с, в мощных горелках может быть увеличена до 20–22 м/с, оптимальная скорость вторичного воздуха – соответственно 18–21 м/с и 26–30 м/с .

Определяющим конструктивным параметром вихревых горелок является диаметр амбразуры D a . Горелки размещают на достаточном расстоянии друг от друга – , и от боковых стен – , чтобы исключить раннее взаимодействие факелов и наброс факела на стены. При однофронтальном расположении горелок в 1–2 яруса экран задней стены получает повышенное тепловосприятие (10–20% выше среднего), и для исключения шлакования стены при твердом шлакоудалении глубина топки должна быть не менее. Встречное двухфронтальное расположение горелок 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.

Актуально использовать вихревые горелки на парогенераторах средней производительности. Основное достоинство вихревых горелок – создание во внутренней полости зоны рециркуляции, обеспечивающей устойчивое зажигание. С переходом к мощным и сверхмощным парогенератором роль горелок в организации топочного процесса уменьшается. В этих парогенераторах важное значение для организации топочного процесса имеет взаимодействие факелов, определяемое способом компоновки горелок.

Горелки на стенах топочной камеры располагаются таким образом, чтобы обеспечить наибольшую полноту сгорания топлива в ядре факела, создавать благоприятные условия для удаления шлаков их топки в заданном твердом или жидком виде и исключить возможность шлакования стен топочной камеры. На рис. 2 показаны наиболее характерные схемы расположения вихревых пылеугольных горелок. Схемы с фронтальными и двухфронтальными горелками (рис. 2 а, б) могут быть выполнены как в один, так и в два яруса. При однофронтальном расположении экран задней стены получает повышенное тепловосприятие (на 10–20% выше среднего). Встречное двухфронтальное расположение горелок характерно для мощных паровых котлов, когда, необходимое число горелок невозможно разместить на одной фронтовой стене даже в два яруса.

При встречном расположении выравнивается теплонапряжение экранов топки. В котлах относительно небольшой мощности размещают горелки встречно с боковых стен в один ярус (рис. 2 в). При этой схеме имеет место повышенная температура газов в средней части топки по её ширине.

Мощным излучением и проникновением горячих продуктов сгорания в амбразуры большого размера металлические насадки и рассекатель горелки сильно нагреваются и обгорают. В этих условиях ненадежно работают прямоточно-улиточные горелки. Для уменьшения обгорания и повышения надежности работы горелки амбразуры стали выполнять цилиндрическими. Но это связано с уменьшением раскрытия факела, т.е. противоречит основному принципу работы вихревых горелок. В завихренном потоке происходит расслоение воздуха и пыли. Пыль оттесняется к периферии цилиндрического канала и неравномерно распределяется в потоке первичной смеси на выходе из горелки. Неравномерно и распределение скоростей. Также вихревые горелки громоздки и сложны в изготовлении. Они обладают повышенным аэродинамическим сопротивлением и подвержены большому износу пылевоздушным потоком.

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. 3).

Прямоточные горелки могут быть прямоугольной формы (плоские) или круглые (рис. 4). 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. 4 а) имеют преимущества по условиям воспламенения. Круглые горелки обычно выполняют с отдельной подачей аэропыли и горячего воздуха (рис. 4 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. 4 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 факела в сечении топки чаще всего применяют блоки щелевых горелок (рис. 4 г).

Рис. 4 Прямоточные пылеугольные горелки: а - прямоугольные с центральным каналом горячего возуха; б - плоскофакельная 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.
Скорость пылевоздушной смеси на выходе из горелок принимают w 1 = 20-28 м/с, а оптимальная скорость вторичного воздуха w 2 = (1,5-1,7) w 1 .

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. Распыл подаваемой в котел пыли обеспечивается непосредственно на входе в горелку при смешении пыли с первичным потоком воздуха.

На рис. 5 показаны характерные схемы размещения прямоточных горелок. Все представленные схемы нашли широкое применение при сжигании торфа, бурых и молодых каменных углей.

Сжигание торфа и бурых углей по схеме встречно-смещенных струй 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.

Схему с блочным соударением струй смежных горелок (рис. 5 б) 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 в обе стороны к стенам.

Схема с угловыми горелками и тангенциальным направлением горелочных струй к условной окружности в центре топки диаметром 1–2,5 м (рис. 5 в) нашла широкое применение на многих типах паровых котлов. Её преимущества заключаются в равномерности тепловых потоков по всем стенам топки, малой вероятности шлакования стен, так как вдоль них движутся уже частично остывшие газы.

Газообразное топливо

Газообразное топливо сжигается в камерных топках. Если сжигаются только газы, камера может иметь очертания, показанные на рис. 6 а. При сжигании газа совместно с угольной пылью в нижней части топочной камеры предусматривается воронка для удаления твердых очаговых остатков, выпадающих из горящего факела (рис. 6 б).

Для сжигания газов применяется большое количество различных типов горелок, отличающихся как по принципу работы, так и по конструктивному оформлению.

По способу организации перемешивания компонентов горения:

без предварительного смешения;
с полным предварительным смешением;
с неполным предварительным смешением;
с частичным предварительным смешением.

Горелки без предварительного смешения и с частичным предварительным смешением, а также горелки с неполным предварительным смешением при сжигании газов, содержащих углеводороды, дают растянутый видимый светящийся факел. Более длинный факел характерен для горелок без предварительного смешения. Горелки, дающие при работе видимый факел, называются факельными. Горелки с полным предварительным смешением газа и окислителя, которые дают очень короткий невидимый факел, называются беспламенными.

По способу подачи воздуха:

с принудительной подачей воздуха от вентилятора(дутьевые горелки):

прямоточные;
вихревые;

с подачей воздуха путем эжектирования его газовой струей или за счет разрежения в топке.

По способу регулирования крутки потока:

с изменением сечения входного патрубка или живого сечения лопаточных завихрителей;
с изменением угла наклона лопаток
с перепуском части воздушного потока мимо завихрителей.

По давлению газа:

низкого давления (перепад давления в горелке до 500 Па);
среднего давления (до критического перепада давлений);
высокого давления (сверхкритического перепада давлений).

По скорости истечения продуктов сгорания из горелки:

с низкой скоростью (около 5 м/с);
со средней скоростью (около 20 м/с);
с высокой скоростью (около 100 м/с).

Сжигание газообразного топлива с низкой теплотой сгорания

К газообразному топливу с низкой теплотой сгорания, применяемому на промышленных предприятиях для сжигания в котлах, относится доменный газ – газ доменных печей, работающих на коксе с добавкой природного газа.

При сжигании доменного газа газ и воздух поступают в горелку в соизмеримых количествах. На практике при сжигании доменного газа нашли применение в основном факельные горелки (рис. 7).

Сжигание газообразного топлива с высокой теплотой сгорания

К газообразным топливам с высокой теплотой сгорания относится природный газ. В отдельных случаях используется газ коксовых печей.

Характерная особенность сжигания газов с высокой теплотой сгорания – необходимость смешения больших объемов окислителя с малым количеством газа.

Этапом, определяющим интенсивность горения, является период смешения газа и воздуха. Интенсификация процесса смешения обеспечивается в большинстве случаев подачей газа тонкими струйками с большой скоростью в массу воздуха, подаваемого со скорость. 15–40 м/с.

Интенсификация перемешивания газа с воздухом достигается также турбулизацией газовоздушного потока путем его закручивания, что требует некоторого повышения давления воздуха перед горелкой по сравнению с давлением при прямоточном потоке. Указанные способы интенсификации перемешивания газа и воздуха используются в горелках (рис. 8), применяемых для сжигания природного газа. В горелке на рис. 8 а газ поступает в центральную трубу и выходит в камеру смешения через ряд мелких отверстий. Воздух поступает по межтрубному пространству вращательно благодаря тангенциальному подводу к горелке, а также направляющим лопаткам. В другой горелке (рис. 8 б) газ из двух газоподводящих трубок выходит со скоростью 50 м/с через большое количество мелких отверстий, пересекая воздушный поток.

В зависимости от условий смесеобразования газа и воздуха при сжигании газообразного топлива можно получить в топочной камере продукты сгорания с различной степенью светимости. Улучшение процесса смешения приводит к интенсификации горения топлива, повышению эффективной температуры факела, при этом факел имеет малую светимость. Ухудшение смесеобразования замедляет горение и приводит к сажеобразованию, поэтому повышается светимость факела, но снижается его температура.

Сжигание газа совместно с другими видами топлива

Расположение на топке ряда автономных газовых и мазутных или пылеугольных горелок приводит к значительному усложнению топливных и воздушных коммуникаций и затрудняет эксплуатацию. Поэтому применяют комбинированные газомазутные или пылегазовые горелки. Такие горелки обычно разрабатываются на основе проверенной практикой газовой горелки, в которую встраивается мазутная форсунка. При разработке пылегазовой горелки за основу обычно берется пылеугольная горелка, в которую встраивается газораспределительное устройство. Совместное сжигание топлив приводит к увеличению потерь теплоты от химического и механического недожога, что связано со снижением концентрации окислителя в зоне горения топлива.

Газомазутные горелки

На рис. 9 показана комбинированная газомазутная горелка типа ГМГм. Такие горелки предназначены для раздельного сжигания жидких топлив и природного газа. В ряде случаев допускается использование горелок для совместного сжигания топлива. Давление мазута перед форсункой 2 МПа, давление пара на распыливание мазута – 0,2 МПа, давление газа – 3800 Па .

На рис. 10 показана горелка тепловой мощности. Она имеет два самостоятельных канала подвода воздуха, каждый из которых завихривается в тангенциальном лопаточном аппарате и поступает в периферийный и центральный каналы горелки. Кроме того, имеется еще прямоточная подача третичного воздуха в центральную трубу для охлаждения канала мазутной форсунки. Подача мазута осуществляется паромеханической форсункой типа ТКЗ-4М производительностью 1,28 кг/с (4,6 т/ч) при давлении мазута 4,5 МПа и пара 0,2 МПа. Распыл мазута производится в основном в потоке центрального воздуха. С его участием происходит воспламенение топлива. Природный газ в основном вводится в периферийный поток воздуха большим числом труб d=32 мм из кольцевого коллектора. Другая часть природного газа вводится через отверстия центрального коаксиального канала (расчетная скорость выхода газа из отверстий соответственно 134 и 177 м/с) .

Список литературы

Липов Ю. М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы. – Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотичная динамика», 2005. – 592 с.

Сидельковский Л. Н., Юренев В. Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 528 с.

Хзмалян Д. М., Каган Я. А. Теория горения и топочные устройства. Учеб.пособие для студентов высш.учеб.заведений. М.: «Энергия», 1976. – 488 с.

Резников М. И., Липов Ю. М. Паровые котлы тепловых электростанций – М.: Энергоиздат, 1981. – 238 с.