СЖИГАНИЕ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА В КОТЛАХ
Конструкция топок
Классификация топок. Топки для сжигания газа и мазута. Требования, предъявляемые
к топочным устройствам
Топкой или топочным устройством называется часть котла или котельного агрегата или технологического аппарата, предназначенная для сжигания топлива с целью превращения его химической энергии в тепловую.
Общая классификация топочных устройств показана на рис. 6.1. По назначению все топки можно разделить на тепловые, силовые и технологические.
Рис. 6.1. Общая классификация топочных устройств
Тепловые топки предназначены для преобразования химической энергии топлива в тепловую с получением высокотемпературных продуктов сгорания, с последующей передачей теплоты этих продуктов сгорания нагреваемой среде (вода, пар) тем или иным способом (через поверхность нагрева или контактным способом).
Силовые топки служат для получения продуктов сгорания не только с высокой температурой, но и с высоким давлением. Эти продукты сгорания используют в силовых установках (газовые турбины, сопла реактивных двигателей и т.п.).
Технологические топки предназначены для выработки теплоты, использующейся в тех или иных технологических процессах (обжиг, сушка и т.д.). Как правило, остаточная теплота после технологического процесса утилизируется в специальных утилизаторах.
В данном учебнике мы будем рассматривать тепловые топки котлов.
Тепловые топки котлов подразделяют на слоевые — для сжигания кускового твердого топлива и камерные — для сжигания газообразного, жидкого топлива, твердого топлива в пылевидном состоянии, а также для сжигания смеси топлив.
Газообразное топливо сжигается в камерных топках. Если сжигают только газы или газы вместе с жидким топливом, камера может иметь форму, показанную на рис. 6.2,а. При сжигании газа совместно с угольной пылью в нижней части топочной камеры предусматривается воронка для удаления твердых остатков, выпадающих из горящего факела (рис. 6.2,6). В топочную камеру газ и окислитель подают через горелки. Назначением горелки, кроме ввода в топку необходимого для достижения заданной производительности агрегата количества газа и окислителя, является организация смесеобразования и создание у ее устья устойчивого фронта воспламенения для зажигания выходящей из горелки газовой смеси.
При использовании в качестве топлива мазута топка имеет форму, аналогичную показанной на рис. 6.2,а. При сжигании мазута совместно с угольной пылью топка имеет экранированную холодную воронку для удаления попадающей в нее золы.
Размещение форсунок, а также комбинированных газомазутных горелок на камерных топках может быть фронтальным, встречным и угловым. При сжигании распыленного жидкого топлива воздух в топочную камеру подается вместе с ним.
Расстояние между форсунками по горизонтали и вертикали зависит от диаметра амбразуры (1.А горелок и от пода топки. Ось горелки должна располагаться на расстоянии не менее 3с/Л, а от боковых стенок топки — на расстоянии не менее 2,5чем обеспечивается нормальное развитие горящего факела. Глубину топки выбирают в зависимости от расхода топлива. При фронтальном расположении форсунок производительностью 0,06—0,07 кг/с
Угольная
пыль
Воздух
Газ
Зола
Рис. 6.2. Схемы топочных камер для сжигания газа
а — при сжигании газа или жидкого топлива; б — при сжигании газа и угольной пыли
глубина топки должна быть не менее 3 м, а при производительности более 0,14 кг/с — не менее 4 м. Горение мазута в топке должно быть ровным, без хлопков и пульсаций. Причиной плохого горения могут быть повышенное содержание воды или низкая температура горения мазута, неисправность форсунок и т.д.
В зависимости от расположения топки по отношению к поверхности нагрева котла топки подразделяют на внутренние (внутри котла), нижние (под котлом) и выносные, находящиеся вне обогреваемой поверхности.
По режиму подачи топлива топки подразделяют на топки с периодической подачей топлива и с непрерывной подачей.
Топочное устройство должно отвечать следующим требованиям:
обеспечивать заданную тепловую мощность установки с получением теплоносителя требуемых параметров;
должно быть надежным в условиях длительной эксплуатации;
должно быть безопасным и простым в обслуживании; сгорание топлива в топке должно быть с минимальными потерями от химической и механической неполноты сгорания;
при горении топлива должна быть возможность изменения нагрузки котла в достаточно широком диапазоне;
расход электроэнергии на собственные нужды топки по возможности должен быть минимальным;
в случае возникновения перебоев с поставками основного топлива должна быть предусмотрена возможность применения резервного топлива.
Основными показателями топочного устройства, работающего на газе или мазуте, являются:
пригодность для сжигания данного вида топлива; тепловая производительность топки, МВт; количество теплоты 0, выделяющейся в единицу времени при сжигании топлива с низшей теплотой сгорания 0НР (МДж/кг или МДж/м3) при его расходе Вр (кг/с или м3/с)
О = р яр;
коэффициент избытка воздуха на выходе из топки ат; потеря теплоты от химической неполноты сгорания qx н, %; потеря теплоты от механической неполноты сгорания <7М Н, %; видимая объемная плотность тепловыделения МВт/м3, в топке объемом Ут, характеризующая возможность сжигания в единице объема топки топлива Вр с располагаемой теплотой сгорания С?мр с допустимыми значениями дхп и <7М11
«У = Вр р / К’
видимая плотность теплового потока <7^, МВт/м2, через сечение топки площадью Вт
Че= вт О// рт;
необходимое давление воздуха перед топкой; температура дутьевого воздуха.
