книги / Теплотехника (курс общей теплотехники)

темы. Так как топки для сжигания мазута и газа рассчитывают на

одни и те же тепловые напряжения, в топках, предназначеных для сжигания мазута, можно сжигать газ, и наоборот.

Форсунки или газовые горелки так же, как и горелки в пылеуголь­

ных топках, размещают фронтально, встречно или по углам топки. Для того чтобы сжечь жидкое топливо, его необходимо предвари­

тельно распылить, с тем чтобы улучшить условия испарения, посколь­ ку при горении жидкого топлива горят газообразные продукты его ис­ парения. Ввод жидкого топлива в топку и распыливание его в топоч­ ной камере осуществляют при помощи форсунок.

Форсунки разделяют на четыре основных типа: механические, па­ ровые, ротационные и воздушные. Кроме того, существуют также ком­ бинированные, паромеханические форсунки.

Механические форсунки основаны на использовании для распыле­ ния мазута энергии вращательного движения его в цилиндрической камере. Сильно завихренная жидкость выходит через центральное от­ верстие распылителя, прикрывающего торец цилиндрической камеры, совершая быстрое вращательное движение. По выходе из распылителя жидкость образует пленочный гиперболоид вращения. При движении

тонкого распыливания скорость истечения из отверстия шайбы, топливо

подают насосом в форсунку под давлением.

В СССР механические форсунки изготовляют производитель­ ностью 0,2—4,0 т/ч при расчетном давлении топлива 2,0—3,5 Мн/м2.

Форсунка (рис. 22-9, а) состоит из корпуса 1 и подводящего ство­ ла 2, на котором пустотелой гайкой 6 закреплена распыливающая го­ ловка (см. детали рисунка). Последняя состоит из распределительного диска 3, где поток мазута разделяется на струйки, завихривающего диска 4 с центральной камерой, в которой происходит завихрение струи мазута, и распыливающей шайбы 5 с отверстием диаметром 2—8 мм в зависимости от производительности форсунки. Все эти три детали наложены одна на другую и закрывают конец подводящего ствола. Мазут из ствола через отверстия распределительного диска входит в периферийную часть прорезей завихрителя, по ним — в его центральную камеру, а оттуда через отверстие распыливающей шайбы

выдается в топку.

Достоинство механических форсунок состоит в том, что распыли­ вание топлива происходит без использования водяного пара. Недо­

статком является ограниченная возможность регулирования произво­ дительности—только в диапазоне 80—100%.

Производительность механических форсунок обычно регулируют дросселированием топлива, что связано с понижением давления перед головкой форсунки и ухудшением распыливания. Для обеспечения нормальной работы форсунки мазут в зависимости от его вязкости обычно приходится подогревать до 100—120° С.

Работа форсунок с паровым распиливанием мазута основана на использовании кинетической энергии струн водяного пара; когда тон­ кая струйка жидкого топлива попадает под некоторым углом в струю пара, движущегося с большей скоростью, последний разбивает ее на отдельные капли. Для распыливания топлива применяют пар давле­ нием 0,4—0,6 Мн/м2\ расход пара составляет 0,3—0,5 кг на 1кг топли-

за. Топливо поступает к форсунке от специального насоса под давле­ нием 0,1—0,2 Мн/м2.

277

Вход пазутс

С=2500

б

Рис. 22-9. Мазутные форсунки:

а —с механическимраспиливанием; б —с паровымраспиливанием

Форсунка с паровым распыливанием, показанная на рис. 22-9,6, состоит из двух концентрических труб 2 и 5, ввернутых в общий кор­ пус 1. Пар поступает во внутреннюю трубу и выходит из нее через расширяющееся сопло 4, благодаря чему может быть достигнута очень высокая скорость истечения (до 1000 м/сек и более). Топливо, пройдя кольцевой канал между внутренней и наружной трубами фор­ сунки, попадает в поток пара тонкой струйкой конической формы че­

278

рез кольцевую щель, образуемую образэм сопла паровой трубы и внут­ ренней конической поверхностью фасонной пустотелой гайки 5. Производительность изготовляемых в СССР форсунок этого типа со­ ставляет от 0,06 до 1,8 т/ч.

Недостатки паровых форсунок заключаются в том, что они потреб­

щую в широком диапазоне регулирования, привело к созданию паро­ механических форсунок, в которых достигают без ухудшения распыливаиия глубины регулирования, доходящей до 10% номинальной производительности. Эти форсунки сконструированы таким образом, что при нагрузке выше 80% они работают как механические, при бо­

лее низкой нагрузке—как паровые. Выпускают эти форсунки произ­ водительностью 0,4—5,5 т/ч.

При установке механических, паровых и паромеханических фор­ сунок весь воздух, необходимый для горения, подают в топку через круглые амбразуры с установленными в них регистрами для регулиро­ вания количества воздуха и его закручивания.

Для сжигания газового топлива в настояще время горелки, как правило, выпускают комбинированными газомазутными, пригодными для одновременного или разновременного сжигания и газа и мазута, а также и пылегазовыми.

Для сжигания природного газа под котлами паропроизводительностыо до 15—20 т/ч обычно применяют круглые закручивающие го­

релки типа ГМГ, которыми оборудуют все котлы типа ДКВР, предна­ значенные для работы на природном газе.

На рис. 22-10 изображена горелка ГМГ комбинированная, газома­ зутная. Газообразное топливо под давлением 2,5—3,0 кн/м2 через патрубок 1 попадает в кольцевую камеру 2, из которой оно через от­ верстия 4 выходит в зону регистра 5, лопатки которого поставлены под углом 45° к оси горелки. Здесь газ смешивается со вторичным воздухом, который вводится в горелку /через патрубок б, и в виде за­ крученного потока поступает в топку. Первичный воздух подаётся че­

рез патрубок 8.

Как первичный, так и вторичный воздух подаются от дутьевого вентилятора под давлением порядка 2—3 кн/м2, причем расход пер­ вичного воздуха составляет около 10% от расхода вторичнрго воздуха. Направление закручивания воздуха в завихрителе 3 и регистре 5 оди­ наковое; при установке двух горелок завнхрители в каждой из них закручивают воздух в противоположных направлениях.

Мазутная форсунка 7 проходит через ось горелки. Форсунки обыч­ но устанавливают паромеханические, но возможна также установка

минальной производительности.

Для сжигания природного газа под котлами большой паропроизводительности применяют горелки низкого давления с принудитель­ ной подачей воздуха при фронтовом или встречном расположении их. Более распространены закручивающие горелки различных типов, но некоторое применение имеют и щелевые. Среди закручивающих горе­ лок большой производительности различают горелки, в которых газ вводится в поток воздуха через центральную трубу, и горелки, в кото­ рых газ вводится в поток воздуха из периферийной кольцевой камеры

279

ТКЗ. Газ поступает к выходу из горелки через кольцевой коллектор / и систему радиально направленных коротких трубок 2.

При угловом расположении применяют довольно простые по кон­

струкции прямоточные горелки.

Скорость выхода воздуха в газовых и газомазутных горелках при­ нимается равной 20—35 м/сек, скорость выхода газа из щелей 25— 150 м/сек.

Помимо природного газа, в качестве топлива для котельных агре­ гатов используют доменный и коксовый газы. Сжигание их отличается своей спецификой, особенно это касается доменного газа, характеризу­ емого очень низкими теплотой сгорания и светимостью.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФАКЕЛЬНЫХ ТОПОК

Основным фактором, определяющим эффективность и экономич­ ность работы факельной топки, является тепловое напряжение топоч­ ного пространства, представляющее собой отношение

кдж/мг\

V—активный объем топочной камеры, ж3.

Оптимальные значения тепловых напряжений топочного простран­ ства при сжигании пылевидного топлива колеблются в пределах от 140 до 230 квт/м3 и зависят от сорта топлива и типа топки. Расчетные

значения величин теплового напряжения топочного пространства воз­ растают с повышением выхода летучих из топлива и принимаются бо­ лее высокими для топок с жидким шлакоудалением.

280

Глава 23 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ

Котельные агрегаты разделяют на два основных класса: паровые, предназначаемые для производства пара, и водогрейные, предназнача­ емые для получения горячей воды. Имеются также немногочисленные водогрейно-паровые котлы, в которых можно получать одновременно или разновременно пар и горячую воду.

Паровой котельный агрегат (парогенератор) характеризуется паропроизводительностыо, 'давлением и температурой производимого па­ ра и температурой питательной воды. Эти параметры в СССР регла­

ментируются ГОСТ 3619—59 (табл. 23-1).

Паропроизводительность парогенератора выражают в т/чиликг/сек.

Поскольку парогенератор предназначен для превращения тепла, за­ ключенного в топливе, в потенциальную энергию пара, он представля­ ет собой разновидность преобразователя энергии, а потому его можно характеризовать также 1ю мощности, выражаемой в кет или в Мет, По паропроизводительности различают котлы малой паропроизводительности, до 20—25 т/ч, средней паропроизводительности, от 35—50

Давление производимого в котле пара выражают в кн/м2 и Мн/м2.

По давлению производимого пара различают котлы: низкого дав­ ления— до 1,37 Мн/м2, среднего давления —2,35 и 3,92 Мн1м2, высоко­

пар, перегретый до различной температуры, величина которой зависит от его давления. В настоящее время- в котлах высокого давления тем­ пература пара не превышает 540—570°С. Температура питательной воды в зависимости отдавления пара в котле колеблется от 50 до 260°С.

По типу паровые котлы, выпускаемые в настоящее время отече­ ственной промышленностью, можно разделить на вертикально-цилинд­ рические, вертикально-водотрубные и экранные.

кольцевой накладкой или отбортовкой внутреннего цилиндра. Вверху к цилиндрам приваривают сферические днища 4 и 5, которые соединя­ ют с цилиндрической дымовой камерой 6 или системой вертикальных труб, через которые дымовые газы из топочной камеры 1 уходят в ды­ мовую трубу 7. Питательная вода подается в пространство между ба­ рабанами 2 и 3; здесь вода испаряется под воздействием тепла, посту­ пающего из топки через стенку барабана 3, а образовавшийся пар за­ нимает объем над уровнем воды, который во избежание повреждений внутреннего цилиндра от пережога должен быть выше днища 4. Из этого объема пар поступает в паропровод. Испарившаяся в котле вода возмещается соответствующим количеством свежей питательной во­ ды. Топливо на колосники 8 загружается через расположенную внизу котла дверцу. Вертикально-цилиндрические котлы изготовляют паропроизводительностыо от 0,2 до 1,0 т/ч для производства насыщенного пара с давлением 0,88 Мн/м2. Эти котлы устанавливают на небольших

промышленных предприятиях.

282

Рис. 23-1. Схемы паровых котельных агрегатов основных типов:

а —иертикально-цилиндрическиП; С—вер1нкалыю-водотр1биый; в —экранного ш

283

т а б лица 23-1

Своднля таблица паропроизводнтсльностей и параметров пара и питательной поды котельных агрегатов, выпускаемых отечественной промышленностью,

с указанием области применения (Составлено на основании данных ГОСТ 3619—59)

• Внастоящее время проектируется котел ещ большей производительности, предназначенный для работыс турбогенератороммощностью1200Мат.

Вертикально-водотрубный котел (рис. 23-1,6) состоит из двух го­ ризонтальных барабанов 1 и 4, расположенных один над другим и со­ единенных системой кипятильных труб 2—3 диаметром 51—60 мм. Снаружи эта система омывается продольно или поперечно потоком дымовых газов, которые отдают конвекцией свое тепло воде, циркули­ рующей в трубах. Питательная вода поступает в верхний барабан 1

284

верхний барабан; при этом в результате воздействия тепла, передава­

В верхнем барабане котла пар отделяется от воды и отводится из ба­ рабана, а вода возвращается в систему опускных труб котла. До по­ ступления в паровой котел вода подогревается, в водяном экономай­ зере 5.

Топки вертикально-водотрубных котлов экранируют гладкотрубными экранами.

Вертикально-водотрубные котлы выпускают паропроизводительиостыо от 2,5 до 50 т/ч для производства пара давлением от 1,37 до 3,92 Мн/м2, насыщенного или перегретого до 250, 370, 425 и 440°С.

Экранный котельный агрегат (рис. 23-1,в, см. также рис. 19-1) от­ личается наличием развитой экранной поверхности нагрева 1 (на ри­ сунке в виду его малого масштаба трубы этой поверхности нагрева не показаны). Такие агрегаты выполняют с камерной топкой, так-что твердое топливо в них можно сжигать только в пылевидном состоя­ нии. В сильно развитых топочных экранах таких котлов испаряется фактически вся вода, подаваемая в -котел, вследствие чего отпадает необходимость в развитой конвективной испарительной поверхности нагрева, характерной для вертикально-водотрубных котлов. Дымовые газы по выходе из топки проходят через разряженные трубы экрана (фестон) 2, представляющие собой очень небольшую испарительную поверхность нагрева, которой тепло передается излучением и конвекци­

ей, а затем последовательно проходят через пароперегреватель 3, во­ дяной экономайзер 4 и воздухоподогреватель 5 (см. также описание

схемы на рис. 19-1).

Экранные котельные агрегаты устанавливают на тепловых элект­ рических станциях. Их изготовляют паропроизводительностью от 35 до 2500 т/ч для производства перегретого пара с давлением от 3,92 до

25,0 Мн/м2 и температурой 440—570°С.

По характеру движения воды в котле различают котлы с естест­ венной циркуляцией, с многократной принудительной циркуляцией,

ипрямоточные.

Вкотлах с естественной циркуляцией питательная вода (рис. 23-

2,а), подаваемая питательным насосом /, пройдя водяной экономай­ зер 2, поступает в верхний барабан 4 котла. Из него по слабо обогре­ ваемым опускным трубам 5 трубной системы котла вода опускается в нижний барабан или заменяющий его коллектор, откуда по сильно обогреваемым подъемным трубам 7 вновь возвращается в верхний ба­

рабан, частично испарившись под действием тепла, передаваемого че­ рез стенки труб. Как указывалось, побудительной силой, вызывающей

описанное движение, является разность плотностей воды, заполняю­ щей опускные трубы, и более легкой паро-водяной эмульсии, заполня­ ющей подъемные трубы. В барабане котла пар отделяется от воды и, пройдя пароперегреватель 3, поступает к потребителю. Оставшаяся же вода вместе со вновь поданной в котел водой снова вовлекается в цир­ куляцию.

В котлах с многократной принудительной циркуляцией (рис. 23- 2,6) вода проходит в барабан 4 котла таким же путем, как и в котле с естественной циркуляцией, но движение ее по циркуляционному кон-

285

туру 5—7 котла осуществляется не под действием гравитационных сил, а принудительно, особым циркуляционным насосом 6. Дальней­ ший путь пара из барабана в пароперегреватель и к потребителю ос­ тается таким же, как и при котлах с естественной циркуляцией.

Наконец; в прямоточных котлах циркуляционный испарительный контур отсутствует совсем. Испарительная поверхность нагрева 5—4 котла является непосредственным продолжением поверхности нагрева водяного экономайзера 2 и также непосредственно переходит в по­ верхность нагрева пароперегревателя 3 (рис. 23-2,в). Таким образом,

Рис. 23-2. Схемы организа­ ции движения воды, паро­ водяной смеси и пара в ко­ тельном агрегате:

о —котел с естественной цирку­ ляцией; б —котел с многократ­ ной принудительной циркуля­ цией; в —прямоточный котел

полное испарение воды в испарительной поверхности нагрева проис­ ходит за время однократного, прямоточного прохождения воды в ней.

Сопоставление рассмотренных схем показывает, что различие меж­ ду ними заключается только в характере движения воды и пароводяной смеси в испарительной поверхности нагрева котла.

Котлы с естественной и многократно-принудительной циркуляци­ ей объединяют в общую группу барабанных котлов.

Сводка основных параметров паровых котельных агрегатов, уста­

новленных ГОСТ 3619—59 с последующими изменениями, внесенными в стандарт, приведена в табл. 23-1.

Водогрейные котлы характеризуют по их теплопроизводительности, температуре и давлению подогретой воды, а также по роду метал­ ла, из которого изготовлен котел.

Теплопроизводительность водогрейного котла выражают в кило­ ваттах или мегаваттах.

По роду металла различают чугунные и стальные водогрейные котлы. Первые предназначают для отопления отдельных зданий и вы­ полняют на небольшие теплопроизводительности, не превышающие 1,2—1,6 Мет, для подогрева воды с давлением не выше 300—400 кн/м2 до температуры 115° С. Вторые выполняют на большие теплопроизво­ дительности от 4,75 до 210 Мет и устанавливают в крупных кварталь­ ных и районных котельных для теплоснабжения больших жилых мас­ сивов. Кроме того, водогрейные котлы теплопройзводительностыо 35 Мет и выше устанавливают также на ТЭЦ взамен пиковых подо­ гревателей сетевой воды.

286