Расположение горелок. Прямоточные горелки

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.

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.

Узел соединения горелок с топкой может быть выполнен двумя конструктивными способами:

1. Жестким соединением с экранами при помощи переходных коробок.

2. Установкой между горелками и топкой специального уплотнения.

В первом варианте при тепловом удлинении экранов горелки перемещаются вместе с

ними. Пе­ремещение горелок компенсируется с помощью компенсаторов тепловых расширений, устанавливае­мых при подводящих магистралях топлива и воздуха. Для пылеугольных котлов решение возможно в схемах пылеприготовления с промбункерами, когда пылепроводы имеют значительную протяжен­ность. При этом необходимо принять специальные меры для предотвращения передачи консольной нагрузки от горелок на экраны.

Для котлов подвесной конструкции с близким к нему расположением мельниц(схемы с прямым вдуванием) пылепроводы получаются короткими. Жесткое соединение горелок с топкой здесь не при­годно. Горелки устанавливаются в этом случае на неподвижном каркасе, а уплотнение допускает пере­мещение экранов топки относительно неподвижных горелок, обеспечивая при этом герметичность (отсутствие присоса воздуха в топку) узла соединения.

На рис. 1.5 представлены некоторые конструктивные варианты для котлов с жестким со­единением горелок с экранами и установкой уплотнений.

2. Компоновка горелок и тепловые характеристики топок.

2.1 Аэродинамика пылеугольных топок.

Размещение горелок в топке носит название их компоновки. В зависимости от пространствен­ной ориентации по отношению друг к другу горелки могут размещаться по одной из схем: фронталь­ной, встречной, тангенциальной, или встречно-смещенной. Число ярусов горелок , в общем случае равно 1-4. Каждой из схем компоновке присуща своя аэродинамическая картина течения продуктов сгорания в топочном объеме. Правильный выбор компоновки горелок с учетом свойств топлива, спо­соба шлакоудаления во многом определяет экономичность и надежность работы котла, его маневрен­ные характеристики и экологические показатели.

а) Фронтальная компоновка горелок

В данной схеме горелки размещают на одной, чаще фронтовой, стене топки котла в один или несколь­ко ярусов (рис. 2.1 а). Такая компоновка горелок обеспечивает малую

протяженность пылепроводов, пониженные расходы на пневмотранспорт пыли. Пролеты между соседними котлами не загроможда­ются мельничным оборудованием и

пылепроводами. Нет ограничений на расстояние между радиаци­онной и конвективной шахтами. Особенно удачной такая схема является для индивидуальных систем пылеприготовления с прямым вдуванием и сушкой топлива горячим воздухом.

Из-за большого пути продукты сгорания в нем подходят к устью амбразур достаточно охлаж­денным. Наличие присосов в нижней части топки может в этом отношении лишь

усугубить положе­ние.

б) Встречная компоновка горелок

Стремление к ликвидации динамического воздействия потока на экран привело к появлению встреч­ной компоновки, при которой горелки располагаются одна против другой на противолежащих стенах топки в один или несколько ярусов.

Аэродинамика топки при встречной компоновке (рис. 2.1 б) во многом зависит от конструкции от конст­рукции горелок.

При прямоточных горелках хорошее заполнение топочной камеры достигается лишь при строго одинаковом начальном количестве движения потоков, вытекающих из горелок.

Превышение суммарного импульса одного из струйных комплексов всего 3-5 % приводит

кнарушению стабильности и симметричности картины течения с образованием восходящих и нисходя­щих потоков соответственно у стен топки, горелки которой обладают меньшим и большим импульсом
. Неустойчивость крайне трудно устранить в условиях эксплуатации, так как это требует тонкого регулирования расходов вторичного и первичного воздуха по отдельным горелкам.

Уменьшение скорости достигается увеличением амбразуры горелок. Следствием этого является нарушение симметричности картины течения в горизонтальной плоскости, может возникнуть довольно мощный поток газов, ориентированный на стену топки по аналогии с фронтальной компо­новкой.

В этих горелках вследствие пониженной дальнобойности и большей площади рассеивания по­тока импульса
- аэродинамическая картина является более стабильной и обладает меньшей чувст­вительностью к начальной неравномерности расходов по отдельным горелкам.

Следует отметить, что для получения наиболее равномерного температурного поля по ширине на выходе из топки необходимо стремиться к тому, чтобы число горелок в ярусе было кратным 4. В противном случае возможны пики и провалы с различием температур до 120°.

в) Тангенциальная компоновка горелок

Характерной особенностью тангенциальной компоновки горелок является ориентация осей последних по касательной к условной окружности диаметром d у , находящейся в центре топки (полутопки).

Прямоточные горелки располагаются в один или несколько ярусов по углам топки

(полутопки) или по всему ее периметру. В последнем случае число горелок в ярусе может быть равно 6 или 8 (рис 2.2)

Характерная картина течения в тангенциальной топке представлена на рис.2.3 в виде полей акси­альной и тангенциальной составляющей скорости. За счет центробежного момента возникает вращение потока. Увеличение числа ярусов горелок приводит к лучшему наполнению топки. Это объ­ясняется тем, что при увеличении числа ярусов горелок закрученный поток из каждого последующего яруса, считая от нижнего, движется вокруг предыдущего, увеличивая радиус вихря.

Относительная высота горелок оказывает влияние на аэродинамику. При больших значениях h/b или ∑h/b поток «прилипает» к стенке независимо от величины d у . При h/b=8 и
смещение ме­стоположения максимумаU τ на окружность с радиусом, близким к
, наблюдалось в диапазоне сd у = 0,08-0,32. Подобное явление объясняется потерей устойчивости течения из-за снижения аэродинамиче­ской жесткости струи под действием начального давления ∆Р, образующегося вследствие отклонения траекторий струй.

Анализ различных аэродинамических схем показывает, что хорошие результаты можно полу­чить в схемах с расположением горелок по периметру топки. Причина - меньшая чувствительность аэродинамики к отключению не только отдельной горелки, но и блока горелок по высоте. В других схемах стабилизация аэродинамической картины течения достигается труднее. Так, в схемах с прямым вдуванием при
> 2 и числе горелок в

вихре, равном 4, количество мельниц должно быть кратным числу горелок и числу ярусов. Подвод топлива на ярус в этом случае целесообразно осуществлять от одной мельницы. Такой же схемы следует придерживаться и в системах пылеприготовления с промбункером при подаче пыли в топку отработанным сушильным агентом.

Тангенциальная компоновка применяется в сочетании с прямоточными горелками типа

ГПО и ГПЧв. Для котлов D<320 т/ч допускается использование горелок ГПЦпф.

г) Встречносмещенная компоновка горелок

Мероприятия по уменьшению дальнобойкости факелов прямоточных горелок при снижении до ми­нимума динамического воздействия потока на экраны нашли отражение в

разработанных МЭИ топках со встречными струями (ВСС).Горелки устанавливаются на

противоположных стенах топки со смещением относительно друг друга на величину

полушага между горелками. Число ярусов горелок 1-2.В зависимости от шага между горелками в принципе возможно наличие в топке трех режимов: фронтального, переходного и проникающего. Картина течения в топке с ВСС определяется величиной параметра
. ПриW<0,05 наблюдается фронтальный, при 0,050.078-проникающий режимы.

Анализ картины течения показывает, что пе­реходный режим является наиболее приемлемым для топок с ТШУ. Во-первых, в этом случае активно используется объем холодной воронки, во- вторых, исключаются набросы факела на стены. Для шла­кующих топлив рекомендуется принимать W=0,085-0,98, для не шлакующих - 0,06-0,86. ЗначениеW=0,06-0,085 следует принимать и при сжигании низкосортных топлив; это позволит повысить теплонапряжение активной зоны горения.

Расположение горелок по встречносмещенной схеме позволяет.

Уменьшить дальнобойкость прямоточного факела, вплоть до полного исключения удара факела в стенку топки;

Повысить нечувствительность системы к неравномерности распределения реагентов по

горелкам;

Интенсифицировать массообмен между струями;

Обеспечить стабилизацию процесса горения за счет устойчивого подвода продуктов сгорания к кор­ню факела;

Получить хорошее заполнение топочной камеры восходящими потоками.

Указанная компоновка применяется в сочетании с прямоточными щелевыми горелками, имеющими периферийный подвод топлива и центральный подвод вторично воздуха. При этом конст­рукция горелки должна отвечать условию h/b>1,5-2. Периферийный подвод топлива дает воз­можность иметь повышенную концентрацию пыли в наружных слоях факела, непосредственно контак­тирующих с топочными газами. В то же время центральный подвод вторичного воздуха гарантирует поддержание повышенной действующей концентрации кислорода в активной зоне горения, что спо­собствует лучшему выжигу топлива.

Специфически для аэродинамики топок с ВСС является краевой эффект, связанный с отклоне­нием струй крайних горелок в сторону стен, свободных от их размещениях. Наличие динамического воздействия факела на экран может привести к его шлакованию. Для борьбы с этим явлением сущест­вует ряд мер: увеличение простенка S 1, установка крайних горелок половинной тепловой мощности, подача сброса (если он имеется) либо через крайние горелки, либо через сопла на боковых стенах топ­ки.

Все описанные выше компоновки горелок до недавнего времени применялись лишь при схемах пылеприготовления с шаровыми бара­банными мельницами (ШБМ), дающих воз­можность использовать горелки и пылепроводы, имеющие значительное сопротивление. Иначе обстояло дело в топках с молотковыми мельницами, оборудованными шахтны­ми (гравитационными) сепараторами, где применялись открытые окна (амбразуры) для

выхода аэропыли из шахты. При малых скоростях выхода аэропыли (порядка 4-6 м/сек) подача вторичного воздуха про­водилась через сопла, расположенные снизу и сверху амбразуры, со скоростями порядка 20-40 м/сек. Незначительные скорости аэро­пыли в самой шахте (1,5-2,5 м/сек) и на вы­ходе в топку обеспечивали малые сопротивле­ния системы, преодолевавшиеся за счет не­большого напора, развиваемого молотковой мельницей, и разрежения в топке. В итоге в шахте, а соответственно и в мельнице под­держивалось небольшое разрежение, доста­точное для предотвращения выбивания пыли через питатель сырого угля и в местах про­хода вала мельницы через корпус. Эта схема очень проста и у котлов малой мощности при сжигании бурых углей и фрезторфа используется и сейчас с некоторыми усовершенствованиями в

распределении воз­духа и в конструкции амбразуры (установка рассекателей,

направляющих перегородок). Однако вялый выход аэропыли с первичным воздухом (доля которого составляет в шахт­ных мельницах около 40% для каменных углей и 50-70% для фрезторфа) не обеспе­чивает хорошего заполнения топки. Поэтому даже при каменных углях с большим выхо­дом летучих такие топки дают повышенную неполноту сгорания.

Для мощных котлов при работе на бурых углях топки с открытыми амбразурами мало-эффективны, так как при громадном сечении амбразуры (до 4,50м 2 ) поток оказывается чрезмерно дальнобойным даже при малых скоростях выхода, а вторичный воздух не уда­валось хорошо перемешать с первичным. В результате этого имели место сильное шлакование экранов и значительная неполнота сгорания, особенно при сжигании каменных углей. Известное улучшение было достигнуто применением эжекционных амбразур ЦКТИ. В этих устройствах вто­ричный воздух вводится по специальным ка­налам, направленным попеременно вверх и вниз прямо в амбразуру, что улучшает пере­мешивание его с аэропылью. Вторичный воз­дух, эжектируя аэропыль, сильно увеличивает

угол раскрытия факела, который в обычных амбразурах не превышает 40°. Все это улуч­шает воспламенение пыли и заполнение топки факелом и уменьшает неполноту сгорания.

Регулируемость факела и при эжекционных амбразурах оставалась недостаточной, что за­трудняло борьбу со шлакованием. Поэтому для защиты задней стенки применялись сопла для подачи вторичного воздуха со скоростями выхода 35-45 м/сек. Однако, несмотря на это и другие усовершенствования, подобные топ­ки значительно уступали

камерным топкам с описанными выше пылеугольными горел­ками.

Топки, с амбразурами, молотковыми мель­ницами и шахтными сепараторами, так назы­ваемые «шахтно-мельничные топки», помимо недостаточной экономичности и надежности, не смогли обеспечить потребное большое по­вышение единичной мощности (от 230 до 640 т/ч пара и выше). Шахтные сепараторы большой мощности становились громоздкими и «взрывоопасными», а обычное непосред­ственное присоединение их к топочной камере стало невозможным. Радикальное улучшение работы топок с молотковыми мельницами произошло в результате оборудования схем пылеприготовления (прямого вдувания) бо­лее совершенными сепараторами пыли (цен­тробежными- для каменных углей; инер­ционными- для бурых), применения пылеугольных горелок, соединения мельничных си­стем и топки с помощью пылепроводов и в целом благодаря переводу схемы пылеприготовления на работу под наддувом. Избы­точнее давление перед размольной установ­кой (100-200кг/м 2 ) расходуется на пре­одоление дополнительных сопротивлений по­сле молотковой мельницы. Такие схемы пылеприготовления широко применяются для каменных и бурых углей к котлам средней и большой мощности.

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

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

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

Рисунок 2.13 - Схемы воздушных регистров:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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