книги из ГПНТБ / Мейкляр, М. В. Паровые котлы электростанций [учеб. пособие]

но и внешняя влага, то прежде всего возникает слипа­ ние пыли в промежуточном бункере, из-за чего возрас­ тает неравномерность работы нылепитателей. При боль­ шой избыточной влажности затрудняется подогрев пы­ левоздушной смеси до температуры воспламенения, вследствие чего увеличивается пульсация пламени, пе­ риодически возникает его потемнение.

Чем больше подсушено топливо в пылеприготови­ тельном устройстве до его вступления в топку, тем лег­ че произвести его подогрев внутри топочной камеры. Особенно тщательно нужно следить за предварительной подсушкой топлив с большим содержанием влаги и трудновоспла меняемых.

Контроль за влажностью пыли производится химиче­ ской лабораторией электростанции. Содержание влаги не должно превышать значений, установленных для данного вида топлива.

Раздельная подача первичного и вторичного воздуха.

Воздух, совместно с которым вносится в топочную ка­ меру измельченное твердое топливо (первичный воздух), должен составлять только часть воздуха, необходимого для процесса горения. Остальной воздух (вторичный) вдувается в топку таким образом, чтобы он смешивался

этому при сжигании трудновоспламеняемых углей стре­ мятся по возможности уменьшить количество первично­ го воздуха и тем довести подогрев его до более высокой температуры. При сжигании антрацита и тощих углей в качестве первичного вводится 15—20% всего воздуха, при сжигании бурых углей — до 45%•

Подогрев зоны воспламенения. Процесс подогрева топлива и первичного воздуха до высокой температуры обеспечивается, главным образом, благодаря тому, что часть горячих топочных газов возвращается к зоне вос­ пламенения. Это условие осуществляется по-разному

фрезерного торфа высокой влажности. Даже возвраще­ ние в зону воспламенения большого количества топоч­

00

ных газов может оказаться недостаточным для устойчи­ вого воспламенения угля, если эти газы интенсивно охлаждаются экранными трубами. Для повышения тем­ пературы факела приходится покрывать часть экранов з а ж и г а т е л ь н ы м п о я с о м .

К поверхности экранных труб, обращенной в сторону топки, приваривают стальные шипы диаметром 10— 12 мм и высотой 12—18 мм, а затем на покрытую шипами поверхность экрана на­ носят обмазку из огне­ упорного материала (рис. 7-2). Через шипы к трубам проходит примерно в 3 раза меньше тепла, чем по­ глощают экраны без зажигательного пояса.

При частичном вы­ горании зажигательно­ го пояса топочные газы более интенсивно охла­ ждаются экранными трубами, вследствие

мо, чтобы зажигательный пояс мог длительно работать без обгорания. Увеличение его долговечности до­ стигается применением коротких шипов из легированной стали, более густым расположением этих шипов (с целью лучшего охлаждения обмазки), а также путем выбора наиболее огнеупорного состава обмазки и плотной на­ бивки ее в пространство между шипами.

Длительное время лучшей обмазкой считалась хро­ митовая, состоящая в основном из окиси металла хро­ ма. Более долговечна карборундовая обмазка, но она менее пластична, вследствие чего при ее нанесении вручную не всегда обеспечивается плотное прилегание ее к поверхности экранных труб. Карборундовую обмаз­ ку целесообразно наносить механизмом.

101

Разрушение зажигательного пояса может ускоряться при нетщателыюи приварке шипов вручную (например, при недостаточной очистке поверхности труб перед при­ варкой во время ремонта котла новых шипов в проме­ жутках между уже обгоревшими). Еще быстрее разру­ шается зажигательный пояс при попеременной работе котда то на твердом, то на газообразном топливах. Это объясняется тем, что при сжигании угля происходит за­ мещение выгорающих частиц обмазки частицами раз­ мягченной золы топлива, вследствие чего толщина слоя обмазки уменьшается медленнее, чем в периоды сжига­ ния не имеющего золы природного газа.

Воспламенение топлива. Соблюдение перечисленных трех условий обеспечивает необходимый для воспламе­ нения начальный подогрев твердого топлива до высокой температуры. Однако нужно не только устойчиво зажи­ гать уголь, но и уменьшить по возможности его потерю от неполного сгорания. Для этого требуется соблюдение четвертого условия воспламенения топлива: совместно летящие пылинки должны загораться почти одновре­ менно.

Для воспламенения любой частицы топлива обяза­ тельно наличие вокруг этой частицы достаточного коли­ чества кислорода. Если в пылевоздушном потоке не обеспечивается одновремённое загорание рядом летящих пылинок, то кислород окружающего воздуха будет из­ расходован на горение тех пылинок, которые воспламе­ нятся раньше других. Без кислорода остальная часть угольной пыли не загорится даже при нагреве до очень высокой температуры.

Отсюда следует, что все частицы пылевидного топли­ ва должны загораться в сравнительно узкой зоне вос­ пламенения. Потеря от недожога тем выше, чем боль­ шая доля пылинок проходит через эту зону, не загорев­ шись. Некоторая часть незажженной угольной пыли вос­ пламеняется при последующем смешении со вторичным воздухом. Но на современных электростанциях большое значение имеет каждый процент сэкономленного угля.

Выше указывалось, что начальный подогрев твердо­ го топлива и его воспламенение происходят за счет теп­ ла раскаленных газов, которые возвращаются к пыле­ воздушной смеси из глубины топочной камеры. Для того чтобы могло загореться сразу как можно большее коли­ чество угля, необходимо, чтобы горячие топочные газы

102

углекислый газ. Горение кокса и догорание окиси угле­ рода продолжаются и после выгорания летучих веществ

(рис. 7-3).

В современном котле активное горение топлива про­ исходит в нижней части топки. Вверху топочной камеры угольная пыль медленно догорает, так как там в газах содержится очень небольшое (обычно менее 4%) коли­ чество кислорода. Кроме того, вверху топки отдельные струи газов медленно перемешиваются между собой.

Рис. 7-3. Схема сгорания отдельных видов пылевидного топлива.

а — горение подмосковного бурого угля в топке, сопряженной с молотковы,ми мельницами; б — горение антрацита в топке, сопряженной с шаровыми мель­ ницами; <7* — процент потери тепла от механического недожога; R$о— остаток при просеивании топлива на сите с отверстиями 90 мкм.

При догорании топлива выделяется сравнительно небольшое количество тепла, и при движении газов вверх их температура снижается (рис. 7-4).

При выходе продуктов сгорания из топочной камеры обычно оказывается, что окись углерода уже полностью превратилась в углекислоту, но что наиболее крупные пылинки топлива еще не успели догореть. Их горение прекращается при их интенсивном охлаждении ширма­ ми и конвективными поверхностями нагрева. Чем лучше размолото топливо, т. е. чем меньше остаток угольной пыли при ее просеивании через сито, тем меньше в этой пыли крупных частиц и соответственно меньше потеря тепла от их механического недожога.

На рис. 7-3 показаны значения потери тепла от меха­ нического недожога, имеющие место в случае, когда вся

104

угольная пыль загорается па выходе из горелок и когда недожог топлива обусловлен только неполным выгора­ нием наиболее крупных пылинок. На графике видно влияние на условия выгорания содержания летучих ве­ ществ в угле и тонкости его помола, а также зависи­ мость недожога топлива от нагрузки котла. С повыше­ нием нагрузки несколько возрастает температура факе­ ла и ускоряется горение, но в значительно большей мере увеличивается количество проходящих через топку газов и повышается их скорость, вследствие чего сокра­ щается время пребывания в топочной камере каждой из пылинок.

Действительная потеря тепла от механического не­ дожога может быть намного больше указанных на рис. 7-3 значений, поскольку недожог обусловлен не только неполным выгоранием наиболее крупных частиц топлива, но и тем, что часть пылинок не воспламеняет­ ся, пролетая через топочную камеру. Количество таких пылинок зависит как от конструкции горелок и тщатель­ ности их изготовления, так и от степени их обгорания, а также от соблюдения машинистом котла правильного режима подачи в топку воздуха.

Отклонение от наиболее целесообразного режима ра­ боты почти неизбежно в периоды эксплуатации котла с пониженной нагрузкой. Тогда возрастает процент незагоревшейся угольной пыли и практически недожог топлива может быть иногда не только не меньше, но даже больше, чем при полной нагрузке котельного агре­ гата. Если котлам приходится часто работать с пони­ женной нагрузкой, необходимо подробно изучить осо­ бенности топочного режима в этих условиях и добиться того, чтобы отклонения от наиболее целесообразного ре­ жима были наименьшими.

Уменьшение потери тепла от механического недожо­ га иногда достигается путем сжигания совместно с углем небольшого количества легковоспламеняющего­ ся мазута или природного газа. Но увеличение их до­ бавки может привести к ухудшению условий горения твердого топлива.

На электростанции, работающей на тощих углях Кузбасса, был растоплен после монтажа котел производительностью 420 т/ч. При подъеме нагрузки произошел аварийный разрыв одной из труб ширм. Поскольку разорвалась обращенная в сторону топки и наиболее обо­ греваемая труба, было решено, что при растопке происходило затяги­ вание факела вверх и чрезмерный обогрев этой трубы.

105

При следующей растопке систематически проверяли температуру выходившего из ширм пара. Чтобы ускорить процесс сжигания топ­ лива и избежать затягивания факела вверх, решили повысить, на­ сколько возможно, температуру газов в зоне зажигания и с этой целью включили все мазутные форсунки, а при переходе на твердое топливо — сразу один за другим четыре пылепитателя. Но вскоре после подачи в топку угольной пыли температура пара на выходе из отдельных ширм стала быстро повышаться и через несколько минут котел пришлось снова аварийно остановить из-за разрыва обращен­ ной в сторону топки трубы одной из ширм.

Ошибка работников котельного цеха заключалась в том, что они допустили одновременную подачу в топку как большого количества трудновоспламеняемой ныли тощего угля, так и большого количества мазута. Загораясь первым, мазут потреблял значительную часть со­ державшегося в воздухе кислорода, вследствие чего угольная пыль воспламенялась в обедненных кислородом газах и ее горение затяги­ валось в верхнюю часть топочного объема.

В дальнейшем котел был благополучно растоплен при поочеред­ ном включении в работу пылепитателей и значительном сокращении подачи в топку мазута сразу после зажигания угольной пыли.

7-3. Топки с прямоточными горелками

Конструкция горелок. Прямоточные горелки обычно состоят из параллельных длинных щелей или из распо­ ложенных в ряд круглых сопл, через которые в топку раздельно вдувается первичный и вторичный воздух

(рис. 7-5).

Как правило, прямоточные горелки устанавливают по всем четырем углам топки. Выходящий из них воздух создает в центральной части топочной камеры совмест­ ное движение газов, устойчивость которого практически не зависит от того, в каком количестве подается топли­ во через отдельные горелки. Но работа топки резко ухудшается если, например, воздух подается только из трех углов топочной камеры.

душные потоки сталкиваются в центральной части топ­ ки, после чего большая часть горящей угольной пыли направляется вверх, а меньшая часть поворачивается вниз и затем проходит вверх в промежутках между вдуваемыми из горелок воздушными потоками. Т а н ­ г е н ц и а л ь н о е расположение горелок характеризуется тем, что воздух направлен по касательным к воображае­ мому кругу в центральной части топки, в которой возни­

106

воздуха из двух сопряженных горелок на левой и на пра­ вой половинах топочной камеры.

Изображенная в упрощенном виде на рис. 4-4 пылеуюльная «перчаточная» горелка с горизонтальными или мало наклоненными узкими щелями для пылевоздуш­ ной смеси и вторичного воздуха была разработана

Рис. 7-4. Условия сжи­ гания антрацитовой пы­ ли в топочной камере (по ЦКТИ).

при их движении от горелок к ширмам; 1 — пылеуголь­

устройство (цифры показы­ вают процент несгоревшего топлива в разных зонах топки).

Л. К- Рамзиным для прямоточных котлов с почти гори­ зонтальными трубами радиационной части. Такие горел­ ки размещают не по углам, а на одной или двух стенах топки и применяют для сжигания каменных и бурых углей, богатых летучими веществами.

Работа горелок. Воспламенение угольной пыли обу­ словлено прежде всего тем, что выходящий из горелки пылевоздушный поток, двигаясь с большой скоростью, непрерывно захватывает и увлекает с собой близлежа­ щие частицы топочных газов. Благодаря этому вокруг пылевоздушной струи создается разрежение, способст­

107

вующее движению к ней раскаленных газов из глубины топки. Угольная пыль загорается сначала по поверхнос­ ти струи, после чего горение переносится в глубину ее. При подаче пылевоздушной смеси через круглое сопло не загоревшийся объем этой смеси имеет конусообраз­ ную форму. Этот объем окружен горящей пылью и сна­ ружи не виден. Больше всего затягивается воспламене­ ние топлива при подаче его через горелки с круглыми соплами большого диаметра. На рис. 7-5,а объем незагоревшегося топлива условно показан в разрезе затем­ ненным.

Таким образом, воспламенению угля способствуют как завихренный характер газового потока внутри всей топочной камеры, так и движение раскаленных газов к каждой отдельной горелке вследствие создаваемого вблизи нее разрежения.

Отсюда следует, что непременным условием правиль­ ной работы прямоточных горелок любой конструкции является обеспечение высокой скорости выхода в топку первичного и вторичного воздуха. Считают, что наимень­ шее значение этой скорости должно быть около 27 м/с.

При первичном пуске котла ТК.П-3 производительностью 200 т/ч на буром угле скорость вторичного воздуха была около 20 м/с. Уголь­ ная пыль горела плохо, яркое пламя было только вблизи горелок, средняя часть топки была темной. Горение резко улучшилось после уменьшения сечения горелок по вторичному воздуху, когда возросла скорость его выхода в топку.

Устойчивое воспламенение топлива может быть обес­ печено при любой из трех схем подачи воздуха в топку. Нс у каждой из этих схем имеются свои особенности. Так, при сжигании углей с легкоплавкой золой целесо­ образно блочное расположение горелок. При нем пыле­ вые потоки наиболее удалены от стен топочной камеры, что способствует уменьшению шлакования стен топки. Для топок с жидким шлакоудалепием допустимо только тангенциальное расположение, поскольку при других схемах часть угольной пыли опускается вниз и, не сго­ рев, падает в жидкий шлак, увеличивая его вязкость.

Основными преимуществами прямоточных горелок считают простоту их конструкции и устойчивость рабо­

108

Недостатком отдельных конструкций этих горелок является замедленное зажигание топлива (особенно при его подаче в топку через круглые сопла), из-за чего по­ теря тепла от механического недожога оказывается иногда несколько большей, чем у горелок других типов. Это является основной причиной сравнительно малого применения прямоточных горелок для котлов большей производительности, работающих на трудновоспламеняемых топливах — антраците и тощих углях.

7-4. Топки с вихревыми горелками

Конструкция горелок. В широко распространенной вихревой (турбулентной) горелке ТКЗ имеются два завихряющих короба-улитки (рис. 7-6,а). В меньшую улит­ ку вводится пылевоздушная смесь, в большую — вторич­ ный воздух. В улитках оба потока завихряются и за-

ч

Рис. 7-5. Упрощенные схемы работы отдельных конструкций прямо­ точных горелок для сжигания угольной пыли.

упрощения не показано раздельное введение в топку первичного и вторичного воздуха.

109