книги / Теплотехника (курс общей теплотехники)

размола каменных углей небольшой влажности с ограниченным выхо­

дом летучих. В Советском Союзе они не получили широкого распростра­ нения.

Быстроходные мельницы применяют двух типов: ковые и мельницы-вентиляторы.

Молотковые мельницы предназначаются для размола мяг­ кого топлива с большим выходом летучих: бурых углей, молодых камен­ ных углей, фрезерного торфа, горючих сланцев. Мельницы этого типа устанавливают к котельным агрегатам средней и большой паропроизводительности числом дочетырех и более на котел. Отечественная промыш­ ленность выпускает молотковые мельницы трёх типов: с аксиальным, тангенциальным и аксиально-тангенциальным подводом воздуха.

Молотковая мельница с аксиальным подводом воздуха (рис. 22-3) состоит из стального кожуха /, в котором вращается ротор с системой бил. Топливо, поступающее в мельницу, разбивается этими билами и од­ новременно подсушивается потоком горячего воздуха, который проходит в мельницу через рукава 5 и выносит размолотое топливо в размещен­ ный над ней сепаратор (на рисунке не показан). Готовая, достаточно тонко размолотая пыль из сепаратора поступает в топку, а более круп­ ные частицы пыли возвращаются в мельницу* На фронтальной стене ко­ жуха имеются створчатые двери 7, через которые можно заменятьизно­ шенные била и билодержатели, не разбирая мельницы. Ротор мельницы состоит из стального вала 2, на который посажен ряд дисков; к этим дискам особыми пальцами шарнирно крепятся билодержатели 4, на кон­ цах которых закреплены стальные или чугунные била 3. Вал ротора опи­ рается на два роликовых или шариковых подшипника 6 с водяным ох­

лаждением. У крупных мельниц, кроме того, предусматривается водяное охлаждение вала. Вал мельницы непосредственно соединен с валом элек­

тродвигателя, установленного на общей с мельницей стальной раме. По условиям охлаждения вала и работы подшипников температура возду­

ха, поступающего в мельницу, не должна превышать 350—400°С. ^ В мельницах с тангенциальным подводом воздуха горячи,й воз­

дух подается непосредственно в кожух мельницы по всей его ширине тангенциально по отношению к поверхности ротора н в направлении

вращения его. В мельницах с аксиально-тангенциальным подводом воз­ духа совмещены оба способа его подвода.

В СССР изготовляют молотковые мельницы производительностью от 1,5 до 50 т/ч по подмосковному углю с электродвигателями мощно­ стью от 40 до 550 кет.

Относительно небольшие молотковые мельницы, устанавливаемые к котельным агрегатам паропроизводительностыо от 35 до 230—325 т/ч, предназначенным для сжигания бурых углей и торфа, обычно работают

в сочетании с довольно примитивным сепаратором гравитационного типа (рис. 22-4), который выполняют в виде прямоугольной вертикальной

шахты 2 из листовой стали, высотой 4—8 м и более в зависимости от производительности мельницы. Сепарация пыли в шахте осуществляет­

ся под действием силы тяжести. Более тонкие и легкие ч'астицы топлива выносятся из мельницы 1 в шахту 2 и из нее непосредственно в топку через амбразуру 5 или особое горелочное устройство. Более тяжелые, недостаточно размолотые частицы топлива выпадают из шахты в мель­ ницу для дальнейшего размола. Вторичный воздух, необходимый для го­ рения, подается в топкуиз воздухопроводов3 через шлицы 4.

К крупным молотковым мельницам, предназначенным длявыработки пыли более тонкого помола, устанавливают более совершенные центро­ бежные или инерционные сапараторы. Выделение из потока пылевоз­ душной взвеси крупных недомолотых частиц в таких сепараторах про-

267

исходит в результате поворот.* потока в верхней части сепаратора. Способ регули­ рования тонкости помола в центробеж­ ном сепараторе уже описан. В инерцион­

ном сепараторе она регулируется язы­ ком 6.

Достоинством молотковых мельниц являются их компактность,

ЯилаоЛцштг простота эксплуатации, гибенва в топку кость регулирования, малый

расходэлектроэнергии на размол, составляющий, например, при размоле подмосковного угля 25—30 Мдж/т.

Основным недостатком молотковых мельниц является быстрый из­ нос бил, что приводит к существенному снижению производительности мельницы. Срок службы бил составляет 200—500 ч в зависимости от тонкости размола, твердости топлива, содержания колчедана в нем и ма­ териала бил. Для увеличения срока службы била выполняют из изно­ соустойчивых материалов, например марганцовистой стали или отбе­ ленного чугуна. Кроме того, била наплавляют твердыми сплавами.

Мельниц ы-веи тнлято р ы предназначаются для размола бурых углей, в основном влажных. Мельницы устанавливают к котельным агре­ гатам средней и большой паропроизводительности числом до четырех на котел. Мельницу выполняют в виде центробежного вентилятора, крыльчатка которого выполнена очень массивной и служит мелющим органом.

Мельницы-вентиляторы изготовляют производительностью от 3,5 до

25т/чсэлектродвигателями мощностью от40до250 кет.

Квспомогательному оборудованию пылеприготовительиых устано­ вок относят питатели сырого топлива и пыли, циклоны, мельничные вен­

тиляторы, пылевые шнеки и др.

Схема пылеприготовления с шаровой барабанной мельницей и про­

межуточным бункером (рис. 22—5) предназначается для приготовления пылевидного топлива из антрацита и каменных углей (за исключением мягких каменных углей с выходом летучих на горючую массу, превы-

269

тающим 30%)- В пылеприготовительной установке, выполненной по этой схеме, можно легко получить тонкую, хорошо высушенную пыль, что

необходимо для эффективного и экономичного сжигания в пылевидном состоянии топлива, небогатого летучими. В рассматриваемой установке сырое топливо из бункера /, пройдя через весы 2 и воронку 3, поступа­ ет в питатель 4, подается им в верхнюю часть короба 5 длиной 2—3 м,

Рис. 22-5. Схема пылеприготовительной установки с шаро­ вой барабанной мельницей и бункером угольной пыли

куда дутьевым вентилятором 11 котлоагрегата по воздуховоду 16 подает­ ся также горячий воздух (первичный) с температурой 250—400°С из воздухоподогревателя 12. В короб 5 поступает также и неготовая пыль, отделенная от готовой пыли в сепараторе 6. Подсушенное в коробе 5 раздробленное топливо поступает в мельницу 20, в которой одновре­ менно с процессом размола происходит досушивание топлива до уста­ новленной конечной влажности. Вентилирующий воздух выносит из мельницы измельченное топливо в сепаратор 6, где более грубые части­ цы топлива отделяются от готовой пыли и возвращаются обратно в мель­ ницу. Готовая пыль из сепаратора тем же потоком воздуха подается в циклон 9, где она выделяется из воздуха и ссыпается в пылевой бун­ кер 10, а воздух с не уловленной в циклоне тонкой пылью поступает в мельничный вентилятор 19, которым создается тяга в системе пылеприготовления, и готовая пыль подается в топку через распределитель­ ный короб 18, от которого отходят отдельные воздуховоды к каждой го­ релке 14. Топливная пыль из пылевого бункера 10 особыми питателями подается во встроенные в воздуховоды смесители 17, где она подхваты­ вается потоком воздуха и направляется через горелку в топку котлоаг­ регата 13. Для обеспечения полного сгорания в топке пыли в горелки из воздушного короба 15 подается дополнительно вторичный воздух

вколичестве, необходимом для полногосгораниятоплива.

Взависимости от особенностей используемого топлива рассмотрен­

ная схема так или иначе видоизменяется в деталях. В частности, при размоле взрывоопасного топлива на пылепроводах, сепараторе, цикло­ не и распределительном коробе устанавливают взрывные клапаны, пред­ назначенные для предохранения системы от повреждения в случае взры­ ва в ней топливной пыли. Готовая пыль из циклона 9 может быть пода­ на в желоб 7 и по нему шнеком доставлена к соседнему котлу, но лини­ ям 8 из бункера 10 и желоба 7 отсасываются в циклон водяные пары.

270

Основные недостатки рассмотренной установки заключаются в том, что она громоздка, состоит из большого числа элементов и требует мно­ го места для их размещения.

Схему пылеприготовления с молотковой мельницей и непосредствен­ ной подачей пыли в топку применяют для размола бурых углей, фрезерйого торфа, горючих сланцев и в некоторых случаях мягких молодых каменных углей с выходом летучихна горючую массу более 30%.

Вэтих установках сырое топливо из бункера подается питателем

внижнюю часть шахты, расположенной над мельницей, или при уста­

новке сепараторов иного типа (см. рис. 22-4,б и 22-4, в) непосредственно в мельницу. Подсушка топлива происходит в процессе размола в мель­ нице горячим воздухом, подаваемым дутьевым вентилятором из возду­ хоподогревателя. Готовая пыль из шахты или сепаратора иного типа выносится в топку через амбразуру или более сложное горелочное уст­ ройство, а крупные недомолотые частицы его возвращаются в мельницу. Необходимое для полного сгорания топлива количестводополнительного воздуха подается в топку в качестве вторичного через шлицы, разме­ щенные над амбразурой и под ней, или через те или иные каналы горелочного устройства.

Пылеприготовительные установки с молотковыми мельницами и не­ посредственной подачей пыли в топку имеют следующие преимущества по сравнению с пылеприготовительными установками с шаровыми мель­ ницами и пылевым бункером: компактность, простоту, меньшие стои­ мостьоборудования и расходэнергии на пылеприготовление.

Тонкость помола топлива определяется остатком пыли на сите сраз­ мером отверстия, равным. 0,200 или 0,090 мм. Требуемая для эффектив­ ного сжигания пылевидного топлива, тонкость помола определяется в первую очередь выходом летучих: чем больше выход летучих из топ­ лива, тем грубей может быть пыль. Например, если для антрацита, у ко­ торого выход летучих составляет обычно 4—6%, остаток на сите с раз­ мером отверстия 0,090 мм должен составлять 6—7%, тодля бурогоугля

свыходом летучих40—50% он возрастаетдо45—55%. ПЫЛЕУГОЛЬНЫ ТОПКИ

По конструкции наиболеераспространенная современная пылеуголь­

ная топка (рис. 22-6) представляет собой камеру, выполненную в виде прямоугольного параллелепипеда, длинная, сторона которого располо­

жена вертикально. Верхняя часть камеры примыкает к газоходу паро­ перегревателя 6 и отделяется от него тремя-шестью рядами сильно раз­ реженных котельных труб 7, так называемым фестоном. К нижней части камеры примыкает золовая воронка, выполняемая в виде опрокинутой усеченной правильной пирамиды. В стенах камеры в зависимости от паропроизводительности котельного агрегата и некоторых других факто­ ров располагают от двух до восьми и более пылеугольных горелок 15. Изнутри стены 8 топочной камеры и шлакового бункера покрывают си­

стемой стальных труб 10—11 диаметром 51—76 мм, образующих в со­ вокупности так называемые топочные экраны, включенные в циркуляци­ онные контуры 1—9-13—10—5—3—1 (передний и задний экраны) и 1—12—11—4—2—1 (боковые экраны).

Топливная пыль вместе с требующимся для обеспечения полного

сгорания количеством воздуха вводится через пылеугольные горелки в топочную камеру. Под воздействием тепла, выделяемого ранее введен­

ными в топку и уже горящими частицами, вновь вводимые частицы пы­ ли нагреваются, газифицируются и воспламеняются, после чего сами на­ чинают гореть и выделять тепло. Процесс горения является наиболее длительным из перечисленных выше процессов; он завершается выгора-

271

Обмуровку выполняют из изоляционного материала, покрытого слоем

огнеупорного кирпича.

Лучевоспринимающими поверхностями нагрева топки обычно явля­ ются топочные экраны и фестоны. Однако в мощных котлах высокого давления во многих случаях часть лучевоспринимающей поверхности топки частично образуется трубами пароперегревателя.

Топочные экраны располагают вплотную к обмуровке либо относят от нее на расстояние 80—100 мм. Шаг труб определяется требуемой ве­ личиной лучевоспринимающей поверхности нагрева и выбранным типом обмуровки. Обычно шаг экранных труб не превышает 1,2—1,3 их на­

ружного диаметра.

Наиболее распространены вследствие своей простоты экраны из гладких труб. При сжигании трудно воспламеняющегося топлива типа

Рис. 22-7. Схема плавникового экрана

антрацита возникает необходимость уменьшить тепловосприятие экра­ нов в области расположения горелок, чтобы улучшить условия зажига­ ния пыли. Для этого часть экранов на уровне горелок покрывают поя­ сом огнеупорного материала высотой 2—4 м (зажигательный пояс).

В последние годы в котлостроении стали применять топочные экра­

ны из плавниковых труб. В этих экранах вдоль диаметрально противо­ положных образующих труб приваривают продольные ребра-плавники (рис. 22-7). В совокупности такие трубы образуют сплошную экранную поверхность с повышенной лучевоспринимающей способностью. Эту по­ верхность при необходимости можно выполнить газонепроницаемой пу­ тем сварки плавников соседних труб, что дает возможность создать про­ стую конструкцию топки для работы с раддувом.

Топки экранируют с таким расчетом, чтобы температура дымовых газов при выходе из нее не превышала температуры начала деформации золы и исключалась бы возможность шлакования труб фестона расплав­ ленной золой. Температуру дымовых газов в конце топки при проекти­

ровании принимают, как правило, равной 1050—1150°С при сжигании углей и 950°С при сжиганииторфа и горючихсланцев.

Горелки обычно размещают на вертикальных стенах топочной каме­ ры. Для фронтального и встречного размещения применяют круглые завихривающие (турбулентные) горелки, а для углового— щелевые, прямоточные. Фронтально размещают горелки в котельных агрегатах паропроизводительностью до 320—640 т/ч, но уже начиная с котлов паропроизводительностыо 120 т/ч и выше можно размещать горелки встречно и по углам топки. Такое расположение горелок сохраняют для котель­ ных агрегатов паропроизводительностью до 2500 т/ч.

Круглые, закручивающие горелки разделяют на одноулиточные, двухулиточные и улиточно-лопаточные (рис. 22-8).

В одноулиточной горелке, созданной Государственным трестом по организации и рационализации районных электрических станций и сетей (ОРГРЭС) (рис. 22-8,а) пыле-воздушная смесь поступает в топку пря­ моточно через трубу 2. Вторичный воздух подается в улитку 7, закру­ чивается7в ней и, пройдя по кольцевому каналу 4, поступает в топку через амбразуру в конце канала. Необходимый для хорошего перемеши­ вания со вторичным воздухом разнос струи пыле-воздушной смеси до­

стигается благодаря наличию рассекающего конуса 3, размещаемого в конце трубы 2. Наибольшее распространение в советской энергетике

получили двухулиточные горелки, выпускаемые Таганрогским котельным и Подольским им. Орджоникидзе машиностроительным заводами (ТКЗ

274

•иЗиО). В этих горелках (рис. 22-8,б) пыле-воздушная смесь поступает в улитку 5, закручивается в ней и выходит в топку в виде-закрученной струи по кольцевому каналу 2, образованному двумя концентрическими стальнымитрубами. Центробежная сила, возникшаяв закрученнойструе,

ПылеОсиОушпан

смесь

Рис. 22*8. Круглые завихрипающне горелки:

а —одноулнточная; 6 —двухулиточная; в —улиточно-лопаточная

при выходе из горелки придает ей форму полого усеченного гиперболо­ ида вращения, что приводит к образованию широкорасходящегося фа­ кела. Вторичный воздух поступает в улитку 1, закручивается в ней и вы­ ходит в топку по кольцевому-каналу 4, также приобретая форму полого усеченного гиперболоида. В топке обе струи перемешиваются между со­ бой, обеспечивая необходимые условия для полного'сгорания пыли. По оси горелки размещают растопочную мазутную форсунку 6.

Улиточно-лопаточная горелка (рис. 22-8,в), созданная Централь­ ным котлотурбинным институтом (ЦКТИ), отличается от двухулиточнон тем, что вторичный воздух поступает в короб вторичного воздуха 4 пря­ моточно, а перед выходом в топкузакручивается в лопаточном аппарате 5, ^то дает возможность регулировать процесс горения изменением сте­ пени закручивания потока вторичного воздуха.

Скорость пыле-воздушной смеси в круглых закручивающих го­ релках при сжигании пыли антрацитов, полуантрацитов и тощих уг­ лей принимают равной 15—20 м/сек, а при сжигании пыли каменных и бурых углей 20—25 м/сек. Соответственно скорости вторичного воз­ духа принимают равными 20—30 и 25—35 м/сек. Количество первич­

теоретически необходимого для горения при сжигании антрацита до 50—60% при сжигании бурых углей. Остальное количество воздуха приходится на вторичный.

Производительность круглых закручивающих горелок по топливу достигает 5 т/ч и более.

Для углового расположения применяют прямоточные щелевые горелки, дающие длинную слаборасширяющуюся струю. Горелки рас­ полагают так, чтобы продолжение их осей касалось воображаемого круга диаметром порядка 1м, находящегося в горизонтальной плоскости в центре топки. Такое размещение приводит к созданию мощного

275

вихря топливо-воздушной смеси и дымовых газов, вращающегося вокруг вертикальной оси топки, в котором происходит эффективное

перемешивание топлива и воздуха.

При размоле топлива в молотковых мельницах с шахтными се­ параторами в качестве простейшего горелочного устройства служит открытая прямоугольная амбразура (см. рис. 22-4,а), в которую по­

позволяющие рационально организовать ввод в топку пыле-воздушно?

смеси и вторичного воздуха.

Удаление твердого шлака из топки осуществляется при помощи смывной шахты, размещаемой под эоловой воронкой. Выпадающие из факела капли шлака, охладившись при проходе через золовую ворон­ ку, скапливаются на дне шлакоприемной шахты, откуда их периоди­ чески удаляют, смывая струей воды, подаваемой из особых сопел. Под крупными котлами устанавливают также шлакоприемные устройства с непрерывным удалением шлака, сооружая под шлаковой шахтой за­ полненную водой ванну, из которой шлак удаляется металлическим транспортером. В топках с жидким шлакоудалеиием также устанавли­ вают шлакоприемные устройства, из которых гранулированный шлак смывается водой.

В СССР факельные топки с жидким шлакоудалеиием распростра­ нены меньше, чем топки с твердым шлакоудалеиием, так как при сжи­ гании топлив, характеризуемых невысокой теоретической температу­ рой горения, они работают плохо из-за трудности поддержания доста­ точно высокого температурного уровня над подом топки. В СССР эти топки рекомендуются, только при сжигании под котлами паропроизводительностыо более 75 т/ч антрацита, полуантрацитов и тощих углей, а также при сжигании шлакующих топлив с легкоплавкой золой. До­ стоинство топок с жидким шлакоудалеиием заключается в том, что в них улавливается значительно больше золы, чем в топках с твер­ дым шлакоудалеиием, что улучшает условия работы поверхностей на­ грева котельного агрегата.

ТОПКИ ДЛЯ СЖИГАНИЯ МАЗУТА И ГАЗА

Широкое развитие нефтяной и газовой промышленности привело к большому расширению использования мазута и природного газа как топлива промышленных котельных, так и котельных электрических станций. В этой области природный газ успешно сжигается под котла­ ми самой различной паропроизводительности.

Топка для сжигания мазута и природного газа состоит из топоч­ ной камеры, лучевоспринимающих поверхностей и форсунок (при сжи­ гании мазута) или горелок (при сжигании газа).

Топочную камеру и лучевоспринимающие поверхности нагрева при сжигании мазута и газа выполняют так же, как и при сжигании пылевидного топлива, с той лишь разницей, что низ камеры ограни­ чивают горизонтальным или слегка наклонным подом. Топочная каме­ ра в рассматриваемом случае получается относительно меньших разме­ ров, так как мазут и природный газ можно сжигать при значительно более высоком тепловом напряжении топочного пространства, чем пы­ левидное топливо. В котлах небольшой паропроизводительности под топки часто не экранируют, чтобы упростить выполнение экранной сис­

276