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

Рис. 7-11. Примерная схема движения газов в топке с молотковыми мельницами и шахтными сепараторами.

через заднюю стену топки; 6 — рассекатель; 7 — зоны наибольшего завихрения топочных газов; 8 — ширма.

Условия зажигания топлива в топках с молотковым« мельницами и шахтными сепараторами хуже, чем в дру­ гих топочных устройствах. Пылевоздушная смесь входит в топку более толстым слоем, что затрудняет ее зажи­ гание. Невелико и завихривание воздуха внутри топоч­ ной камеры. Поэтому рассматриваемые устройства при­ меняют только для сжигания топлив, содержащих свы­ ше 30 %: летучих веществ на горючую массу.

Важнейшее условие — перемешивание топлива с воз­ духом в топке — обеспечивается тем, что вторичный воз­ дух входит в топку со скоростью, в несколько раз пре­ вышающей скорость первичного воздуха. При меньшей скорости вторичного воздуха он недостаточно перемеши­ вается с пылевоздушной смесью, из-за чего ухудшается горение и недожог топлива возрастает (иногда на 2— 4%). Поэтому при работе котла с низкой нагрузкой рекомендуют закрывать полностью часть щелей для вто­ ричного воздуха, чтобы через остальные щели он про­ ходил с высокой скоростью.

120

Несмотря на перемешивающее действие вторичного воздуха, ядро горения часто смещается к задней стене топочной камеры. Это может привести к шлакованию заднего ската холодной воронки. Для перемещения ядра горения в центральную часть топки иногда часть вто­ ричного воздуха подают через заднюю стену, на кото­ рой устанавливают дополнительные шлицы (рис. 7-11,6).

Большую пользу приносит установка в выходной ча­ сти амбразуры рассекателя. Этим обеспечивается вихре­ вое движение в пространстве между верхним и нижним потоками (рис. 7-11,а) и более быстрое и устойчивое воспламенение и сгорание топлива. Уменьшается пуль­ сация факела в топке. Зона воспламенения приближает­ ся к амбразуре. Котел более устойчиво работает при пониженной нагрузке.

Неполадки в работе. Весьма опасно отложение топли­ ва на различных неровностях и уступах в мельничной шахте. При длительном лежании топливо самоспламеняется и может произойти взрыв во всем объеме запы­ ленного воздуха. Места, где обнаружено отложение топ­ лива, должны быть немедленно переделаны для того, чтобы оно не могло там задерживаться.

Другой причиной воспламенения топлива в мельнич­ ной шахте может стать снижение скорости воздуха в ней, из-за чего горение переносится в шахту из топоч­ ной камеры.

Количество первичного воздуха регулируется маши­ нистом котла обычно по температуре в .мельничной шах­ те. Во избежание взрыва температура первичного возду­ ха в шахте не должна превышать значения, указанного в правилах взрывобезопасности.

Если топливо поступает в мельничную шахту с пони­ женной влажностью, то на его подсушку затрачивается меньше тепла и воздух выходит в топку с более высокой температурой. Для понижения температуры пылевоздушпой смеси в шахте машинист котла уменьшает подачу воздуха и тем самым уменьшает его скорость в амбра­ зуре. Это может привести к переносу горения в шахту. Скорость воздуха в амбразуре рекомендуется выбирать

не менее 4 м/с.

При неоднократном переносе горения в шахту следу­ ет в кратчайшее время остановить котел и нарастить амбразуры горелок с тем, чтобы увеличить в них ско­ рость воздуха. Как временное мероприятие можно реко­

121

мендовать остановку одной из мельниц и увеличение про­ изводительности у работающих мельниц.

П у л ь с а ц и я факела в топке может значительно затруднять смену бил мельниц, наблюдение через лючки за положением факела и сделать опасной расшлаковку котла. Иногда во избежание выбивания пламени прихо­ дится замуровывать лючки в стенах топки. Большей частью периодические вспышки пламени в топке объяс­ няются тем, что топливо выходит из амбразур недоста­ точно подсушенным. Пульсация факела уменьшится, если увеличить подсушку топлива.

Другой причиной возникновения пульсации факела может явиться недостаточное перемешивание пыли своздухом в топочной камере. Неоднократно удавалось уменьшить пульсацию путем улучшения перемешивания: при установке рассекателей в амбразурах, увеличении скорости вторичного воздуха, ликвидации присоса на­ ружного воздуха в топку и т. п.

Увеличение недожога топлива иногда вызывается не­ правильным регулированием дутья и недостаточным пе­ ремешиванием в топке пыли и воздуха. Регулировать подачу воздуха и топлива нужно раздельно по каждому мельничному устройству и каждой горелке.

7-6. Удаление шлака

Шлаком называют часть золы топлива, которая осе­ дает в топке котла. Существуют два способа удаления шлака. При т в е р д о м шлакоудалении отдельные части­ цы раскаленной золы, оставшейся после выгорания горю­ чей части пылинок, оседают в нижней части топочной камеры, падают вдоль наклонных труб холодной воронки и попадают в ванну с водой, в которой охлаждаются. При ж и д к о м шлакоудалении шлак собирается на гори­ зонтальном поде в нижней части топки. Обязательным является нагрев этого шлака до жидкого состояния. Че­ рез л е т к у в поде (рис. 7-10) жидкий шлак вытекает в ванну с водой, где застывает в виде небольших зерен (гранул). Процесс затвердевания жидкого шлака назы­ вается его грануляцией.

При твердом шлакоудалении обычно задерживается в топке котла 5—10% золы топлива. При жидком шла­ коудалении улавливается до 20—30% золы.

122

Горючие вещества в шлаке либо полностью отсутст­ вуют, либо имеются в очень малом количестве. Поэтому систематической проверки содержания горючих в шлаке обычно не производят.

Жидкое шлакоудаление. Для сохранения высокой тем­ пературы жидкого шлака необходимо закрывать зажи­ гательным поясом всю нижнюю часть топочной камеры.

Горизонтальный под состоит из огнеупорных мате­ риалов, лежащих либо на почти горизонтальных экран­ ных трубах (покрытых зажигательным поясом), либо на горизонтальной металлической раме, которая опирается на наклонные трубы холодной воронки (рис. 7-10). Что­ бы жидкий шлак не размывал стенки сливного отвер­ стия (летки), их охлаждают водой, пропускаемой по трубам (рис. 7-13).

Наличие жидкого шлакоудаления несколько услож­ няет эксплуатацию котлов. Приходится следить за тем, чтобы в топку не попал уголь из месторождений, где зо­ ла имеет повышенную тугоплавкость. Вытекание жидко­ го шлака прекращается и при снижении нагрузки котла, когда уменьшается температура топочных газов. В пе­ риоды временного понижения нагрузки шлак постепенно накапливается на поде. При увеличении паропроизводи­ тельности котла этот шлак за короткое время расплав­ ляется и вытекает в ванну в большом количестве, что вызывает закипание воды. Иногда это приводило к раз­ рушению ванны. Поэтому после длительного снижения нагрузки котла повышать ее нужно постепенно и осто­ рожно. Как правило, вязкость шлака возрастает при увеличении избытка воздуха в топке, а еид,е более при попадании в шлак несгоревшей угольной пыли. Топочный режим необходимо регулировать таким образом, чтобы исключить возможность сепарации пыли на под.

Несмотря на перечисленные трудности, жидкое шла­ коудаление применяют почти на всех крупных котлах, работающих на тощих углях и антраците. Его основное достоинство заключается в возможности уменьшения на 30—35% потери тепла от механического недожога топ­ лива.

В золе угля обычно содержится небольшое количество окислов железа. В расплавленном шлаке железо, как более тяжелое, оседает на поде и, соединяясь с его основным материалом и со шлаком, об­ разует полуметаллическую массу большой прочности.

При остановке котла иногда стремятся ускорить охлаждение пода и вскоре после застывания шлака поливают его холодной водой.

123

Если 'нижний слой пода охлаждается быстрее, чем расположенные под ним ошипованные трубы, то, сжимаясь, он иногда отрывает от труб шипы. При этом могут быть повреждены стенки труб, после чего объем ремонтных работ значительно увеличивается.

Наиболее опасен начальный период работы пода, когда еще не успел образоваться прочный полуметаллический слой. В этот период шлак может протекать через неплотности между кирпичами пода. Небольшая струйка жидкого шлака, соприкасаясь с ошипованной по­ верхностью экранных труб, затвердевает, но при нетщательно выло­ женном поде поток жидкого шлака может оказаться настолько зна­ чительным, что расплавляет поверхностный слой металла труб, что приводит к их аварийному разрыву.

и накапливание в ванне с водой (рис. 7-12). Через каж­ дые несколько часов при открытии дверцы вода выли­ вается из камеры и уносит в канал гидрозолоудаления значительную часть осевшего шлака. Его остаток вымы­ вают струями воды из сопл.

Основной недостаток такого шлакоудаления заклю­ чается в том, что в топочную камеру попадает большое количество наружного воздуха в периоды смыва шлака. Для увеличения надежности работы факела обычно на время спуска шлака включают мазутные форсунки или подачу газообразного топлива. Удаление шлака нельзя производить при неустойчивом топочном режиме. От ма-

Рис. 7-12. Устройство для периодического уда­ ления шлака.

/ — ванна с водой; 2 — чу­

124

Рис, 7-13. Шнековый шлакоудаляішцип механизм непрерывного действия.

шиниста котла в этот период требуется повышенное вни­ мание.

мощью скребкового транспортера, по конструкции схо­ жего со скребковым питателем сырого угля (рис. 6-2). Две якорные цепи соединены между собой скребками, которые скользят по дну ванны с водой и увлекают зер­ на застывшего шлака. В месте осыпания шлака с транс­ портера имеется дробилка для размельчения крупных кусков.

В шнековом шлакоудаляющем механизме шлак вы­ носится из водяной ванны наклонным шнеком (рис. 7-13). Внутренняя полуцилиндрическая поверхность наклонно­ го желоба, в котором вращается шнек, покрыта про­ дольными стальными планками, способствующими дроб­ лению более крупных частиц шлака. В верхней части

125

Шпека шлак попадает в цилиндрическую дробилыіуіо камеру, также покрытую продольными стальными план­ ками. В эту камеру подается вода давлением 5—• 7 кгс/см2. У крупных частиц шлака успевает охладиться только наружный слой; сильная струя воды пробивает твердую корку, попадает в раскаленную массу и, испа­ ряясь, разрушает шлак.

В другой конструкции непрерывно действующего шлакоудаляющего механизма гранулированный шлак выносится из водяной ванны -медленно вращающимся наклонным диском, верхняя поверхность которого покры­ та способствующими дроблению стальными планками. Размельчение кусков шлака происходит при его закли­ нивании между вращающимся ротором и неподвижной дробильной камерой. Такой роторный механизм приме­ няют для удаления шлака антрацита и других топлив, зола которых имеет повышенную твердость.

При жидком шлакоудалении оторвавшиеся наверху крупные куски шлака очень редко попадают в неболь­ шое отверстие летки. Неполадки чаще возникают в пе­ риоды временного увеличения вязкости шлака, когда под леткой нарастают крупные куски, периодически па­ дающие в ванну. Такие глыбы иногда заклинивают механизм. Они не могут быть разбиты в дробилке, и их приходится перед дроблением длительно поливать хо­ лодной водой для их растрескивания. При жидком шла­ коудалении желательна работа котла с высокой нагруз­ кой, при которой жидкий шлак имеет малую вязкость.

7-7. Шлакование топки и его предотвращение

При нагревании до высокой температуры зола топли­ ва не сразу переходит в жидкое состояние. При проме­ жуточной температуре зола представляет собой липкую массу, которая может налипать на стены топки и на по­ верхности нагрева, образуя шлаковые наросты.

Для предотвращения или хотя бы уменьшения шла­ кования машинист котла должен прежде всего следить за положением факела в топке, не допуская, чтобы он «лизал» ее стены или расположенные за ней поверхно­ сти нагрева. Иногда, однако, даже тщательного регули­ рования положения факела недостаточно.

Свойства золы различных топлив весьма разнообраз­ ны, в частности размягчение золы происходит при раз-

126

личной температуре. Есть топлива, у которых зола раз­ мягчается при столь высокой температуре, что, сжигая

на Урале), у которых зола размягчается при темпера­ туре около 1000°С. Шлакование одной и той же топки может быть различным при сжигании в ней разных углей.

Температура размягчения золы топлива несколько изменяется в зависимости от свойств дымовых газов, с которыми движется зола. Размягчение происходит при более низкой температуре, если в этих газах имеются продукты химического недожога. Процесс горения сле­ дует вести так, чтобы на выходе дымовых газов из топки химический недожог отсутствовал по всему сечению га­ зохода.

Зола меньше прилипает к поверхности вертикальных труб и лучше удерживается на их слабо наклоненных к горизонтали участках, а также на незащищенной тру­ бами обмуровке (например, в местах разведения труб вокруг горелок). С труб, разведенных на большое рас­ стояние друг от друга, шлак периодически обваливается, но при более тесном расположении труб отдельные на­ росты соединяются, после чего их удаление становится более трудным.

Опасность шлакования намного возрастает с увели­ чением присоса в топку наружного воздуха, оттесняюще­ го факел в верхнюю часть топочной камеры (рис. 7-9,6). Горение затягивается, и температура газов на выходе из топки может повыситься до опасных (по шлакова­ нию) значений. Шлакование удавалось уменьшить после уплотнения мест прохода через обмуровку экранных труб, ликвидации пропуска воздуха через водяной за­ твор внизу топки и других подобных мероприятий.

Машинист котла должен систематически следить за положением факела в топочной камере и наблюдать че­ рез лючки по нескольку раз в смену за состоянием вну­ тренней поверхности ее стен. Отклонения от требуемого топочного режима должны немедленно исправляться, а шлаковые наросты нужно удалять до того, как они увеличатся до опасных размеров.

Следует подчеркнуть, что все обдувочные устройства могут эффективно удалять с труб оседающую на них зо-

127

лу и шлак только до тех пор, пока эти отложения неве­ лики. Любая из существующих конструкций обдувки приносит пользу только при регулярном пользовании ею; удалять шлаковые наросты большого размера примене­ нием обдувочных устройств невозможно.

Различные конструкции обдувочных аппаратов опи­ саны в гл. 15.

8-1. Сжигание мазута

В настоящее время все большее распространение в отечественной энергетике получают газомазутиые кот­ лы, приспособленные для работы только на жидком и газообразном топливах. Кроме того, мазут и природный газ сжигают в большом количестве в пылеугольных котлах.

На газомазутных электростанциях нет ни пылепри­ готовительного оборудования, ни золоуловителей. У газомазутпых котлов меньшие размеры, благодаря чему сокращается стоимость как их самих, так и здания ко­ тельного цеха. В итоге стоимость крупной газомазутной электростанции равна около 87% стоимости пылеуголь­ ной такой же мощности (включая и бытовое строитель­ ство). Упрощается по сравнению с пылеугольными агре­ гатами обслуживание оборудования котельного цеха. И, что важнее всего, уменьшается стоимость электроэнер­

подземной (шахтной) добычи угля.

К началу 70-х годов при сжигании мазута и газооб­ разных топлив вырабатывалось свыше 40% электроэнер­ гии, получаемой на тепловых электростанциях СССР.

К1980 г. эта выработка должна возрасти до 55%. Мазутопроводы. При обычной температуре мазут име­

ет настолько большую вязкость, что не может свободно

128

течь по трубам. В котельную мазут поступает 'подогре­ тым до температуры, зависящей от его марки (обычно примерно до 80°С). Для предотвращения застывания ма­ зута предусматривается его циркуляция в трубах вдоль котельной с возвращением в помещение нефтенасосной.

При периодическом потреблении мазута (например, в пылеугольных котлах) предусматривают его циркуля­ цию не только вдоль котельной, но и вокруг топки каж­ дого котла. Короткие участки перед горелками можно продувать паром. Чем больше охлаждается мазут в ко­ тельной, тем большее количество его должно проходить по трубам во избежание его застывания.

Втопку котла мазут поступает под давлением через

фо р с у н к и , которые устанавливают обычно в централь­ ной части пылеугольных или газомазутных горелок.

Котел производительностью 170 т/ч был растоплен ночью на ма­ зуте и постепенно переведен на основное топливо— антрацитовую пыль. В 7 ч 30 мин утра котел уже устойчиво нес нагрузку 120 т/ч. Можно было прекратить подсвечивание факела мазутом, но руково­ дивший растопкой заместитель начальника цеха решил дождаться смены вахты и оставил включенными две форсунки.

В 8 ч 10 мин пламя в топке начало пульсировать. Была увели­ чена подача мазута; вскоре включили третью форсунку. Но мазут горел плохо, а вахтенные работники не обратили внимания на харак­ терный треск в зоне воспламенения, свидетельствовавший о наличии в мазуте воды. После включения четвертой форсунки факел в топке полностью погас. Котел был остановлен с соответствующим сниже­ нием нагрузки электростанции.

Оказалось, что в нефтяном баке, заполненном на высоту около 1 м, был слой воды под мазутом толщиной около 0,5 м. Эта вода откачивалась вместе с мазутом. Чем больше открывали подачу жид­ кого топлива, тем больше воды разбрызгивали в топке котла.

Сброс нагрузки произошел из-за недостаточного контроля за ма­ зутными баками.

Горелки и форсунки. Принцип действия всех мазут­ ных форсунок одинаков. Выходя из них, жидкое топливо разбрызгивается на мельчайшие капли, которые разле­ таются в глубину топочного объема. Отсутствие в раз­ брызгиваемом мазуте крупных капель является непре­ менным условием его экономичного сжигания.

Применяют форсунки трех типов: с паровым, механи­ ческим и паромеханическим распылением. Форсунки с паровым распылением, как правило, устанавливают только как растопочные. Для длительной работы они нецелесообразны, так как непрерывный расход большого количества пара ухудшает экономичность эксплуатации котельного агрегата.