У таких топках утворюється рідкий шлак з 20% золи палива (залежно від ступеня навантаження котла). Їх можна вважати проміжними між топками з сухим і рідким шлаковидалянням.
Однокамерні топки з сухим шлаковидалянням характеризуються несприятливою структурою золового балансу. З топки з продуктами горіння виноситься у вигляді леткої золи в середньому 85% золи палива. Це призводить до золового зносу і заносу поверхонь нагрівання, обмежує швидкість газів у конвективних елементах, що зумовлює зниження коефіцієнта теплопередачі в них, викликає потребу у громіздкому золовлов-лювальному обладнанні.
Зольний баланс топок з рідким шлаковидалянням кращий. У них, залежно від конструкції топки і властивостей палива і його золи, вдається дістати 30-60% шлаку в рідкому стані. Для цього в топці створюють зону високих температур, закриваючи екрани в нижній частині топки торкретом і зменшуючи цим їх теплосприймання. Рідкий шлак стікає із стін і випадає з газового потоку на горизонтальний або трохи нахилений під топки і видаляється через центральну льотку.
Топки з рідким шлаковидалянням можуть бути однокамерні двокамерні. Двокамерні топки стійкіші від однокамерних щодо одержання і видаляння шлаку в рідкому вигляді при різному навантаженні котельного агрегату і забезпечують більший у процентному відношенні вихід рідкого шлаку.
У двокамерних топках часто виділяють зону горіння і плавлення шлаку і зону охолодження продуктів згоряння.
У топці виразно виділена камера горіння. В кінці її установлено пучок труб-решітка для додаткового шлаковидаляння. Екрани камери горіння і решітка зроблені з обшипованих труб, покритих теркретом.
У топці з перетиском, нижня частина - камера горіння, верхня - камера охолодження. У багатьох потужних котлоагрегатів установлюють топки цього типу.
Топки із спрощеним пилоприготуванням. Для спалювання палива з великим виходом летких речовин доцільно застосовувати топки із спрощеним пилоприготуванням. Вони значно компактніші і дешевші від звичайних систем пилоприготування і споживають меншу кількість електроенергії на розмелювання палива і пневматичне транспортування пилу. З топок цього типу у нас дуже поширені топки з шахтними млинами (шахтно-млинові).
Поблизу топкової камери встановлена вертикальна шахта, під якою розміщений швидкохідний млин ударної дії. У млин по про-тічці надходить паливо, а по повітропроводам з двох боків аксіальне підводиться сушильний агент - гаряче повітря або газоповітряна суміш. Сушильний агент може підводитись у млин і тангенціальне. У млині паливо сушиться і розмелюється. У шахті під час руху в ній знизу вгору суміші пилу й газу пил сепарується: крупні частки падають униз і повертаються в млин, а дрібні частки виносяться газовим потоком з шахти і крізь амбразуру 5 надходять у топкову камеру, де займаються і горять. Через шліци 6 підводиться вторинне повітря.
Щоб у топку виносився лише достатньо дрібний пил, швидкість газів у шахті має бути невеликою (2-3 м/сек). Швидкість газів в амбразурі 4-6 м/сек.
Топки з шахтними млинами застосовуються для спалювання різних видів твердого палива: фрезерного торфу, бурого вугілля, сланців і кам'яного вугілля з Vг>30%. Так само широкий діапазон їх застосування щодо видатності котлоагрегатів - від кількох тонн до кількох сотень тонн пари на годину.
Млини установлюють як з фронтальної сторони, так і з бічної сторони і по кутках топки. В енергетичних агрегатах середньої і великої потужності для поліпшення аеродинаміки топок і підвищення їх к.к.д. застосовують ежекційні амбразури.
Для спалювання в промислових котельних установках дуже низькоякісного (високовологого і зольного) палива доцільно застосовувати топку, яка є поєднанням шахтно-млинової топки з постійно діючим камерним муфелем, установленим між шахтою і фронтовою стінкою топки. Принцип дії муфеля полягає у відгалуженні за допомогою регулювальної заслінки частини потоку аеропилу для направлення його в муфель, гальмуванні цієї частини потоку в муфелі і спалюванні (а також газифікації) в завислому стані частини пилу в топковому просторі муфеля, захищеному склепінням від охолодної дії потоку вологого пилу. Повітря підводиться знизу через повітророзподільну решітку.
Продукти горіння і газифікації надходять потім через газове вікно в нижню частину топкової амбразури і забезпечують інтенсивну теплову підготовку основного потоку, його прискорене запалювання і стійке горіння факела в топковій камері.
Досвід промислової експлуатації показав, що це топкове обладнання надійне й ефективне і придатне для спалювання в ньому такого низькосортного палива, як землисте буре вугілля з дуже низькою теплотою згоряння =5650¸5860 кДж/кг.
Топки для рідкого і газоподібного палива. Як уже зазначалося раніше, з рідких палив у котельних установках використовується тільки мазут. Мазут і повітря надходять у топку через пальники, що складаються з форсунок і повітряних регістрів. Для ефективного спалювання рідкого палива його тонко розпилюють і добре перемішують з повітрям. Форсунки для розпилу мазуту розміщають у центрі пальників. Повітряні регістри призначені для подачі в амбразуру пальника закрученого потоку повітря і змішування його з дрібнорозпиленим мазутом.
За принципом дії форсунки поділяють на механічні й парові (повітряні), за конструктивним оформленням - на круглі і плоскі (щілинні). У механічних форсунках мазут подається до форсунок під тиском 10-30 бар, струмина мазуту набуває обертального руху, з великою швидкістю надходить у топку і розпадається за рахунок кінетичної енергії потоку пари (повітря).
У круглих парових форсунках пара і мазут рухаються в співвісно розміщених круглому і кільцевому каналах. У форсунках Шухова пара надходить по зовнішній кільцевій щілині, а мазут - по внутрішній трубі. В щілинних форсунках пара витікає з нижньої щілини, а мазут - з верхньої.
З підвищенням тиску пари зростає видатність форсунок і поліпшується якість розпилювання. Парові форсунки прості за конструкцією, але неекономічні, бо потребують багато пари: 0,3 - 0,5 кг на 1 кг мазуту. До їх недоліків, крім того, відносяться:
а) збільшення втрат тепла з відпрацьованими газами внаслідок збільшення об'єму продуктів згоряння; б) безповоротна втрата пари (і, відповідно, конденсата); в) шум, під час їх роботи.
Тому в установках великої і середньої потужності застосовують форсунки з механічним розпилюванням мазуту.
Топкові мазути звичайно мають високу в'язкість і в тій чи іншій мірі забруднені механічними домішками. Щоб мазут став текучим і його можна було транспортувати по трубопроводах, а також для кращого розпилювання в форсунках, його перед надходженням до форсунок підігрівають. При застосуванні механічних форсунок мазут треба також старанно фільтрувати, щоб не забруднювалися канали шайб, які мають малі прохідні перерізи.
Топкові камери для спалювання мазуту за своєю формою і конструкцією взагалі аналогічні з камерами для пиловидного палива, за винятком нижньої частини, яка має вигляд не шлакової воронки, а плоского поду. Пальники розміщають звичайно на фронтальній або бічних стінках топки.
При спалюванні високосірчастих мазутів, а також мазутів з великим вмістом ванадію і натрію виникає серйозне ускладнення в експлуатації.
Щоб зменшити сірчасту корозію і запобігти відкладенню золи з великим вмістом натрію, в топку або газоходи вводять домішку доломіту у вигляді дрібного порошку.
В енергетичних установках використовують природний газ, доменний газ і газ підземної газифікації. Спалюванню газу передують стадії сумішоутворення і підігрівання. Залежно від того, де змішують газ з повітрям, газові пальники поділяються на три типи: з попереднім змішуванням, дифузійні і проміжного типу. У пальниках з попереднім змішуванням газ і повітря змішуються перед пальником, і в пальник подається горюча суміш з невеликим коефіцієнтом зайвини повітря. У дифузійних пальниках газ і повітря подаються в топку роздільно, змішуються в топці способом турбулентної дифузії. В пальниках проміжного типу газ і повітря в значній мірі змішуються в самому пальнику і додатково перемішуються внаслідок дифузії в топковому просторі. Чим повніше перемішування в самому пальнику, тим кращі показники його роботи. При наявності газу високого тиску в невеликих установках можуть застосовуватись інжекційні пальники, в яких повітря інжектується струминою газу. Звичайно ж застосовують двопровідну систему з вентиляторним повітряним дуттям.
До пальників з попереднім змішуванням належать пальники з форкамерами, тунельні пальники, пальники з каналами й насадками з пористої вогнетривкої маси.
Такі пальники бувають безфакельними (безполум'яними, ко-роткополум'яними), бо переважна частина газу згоряє в форкамерах, тунелях або насадках, від чого на виході з пальника утворюється дуже короткий і малосвітний факел або (в пальниках з насадками) з пальника виходять прозорі продукти згоряння.
Застосування пальників з попереднім змішуванням дає можливість зменшити об'єм топкової камери, що важливо для невеликих установок.
У великих установках об'єм топки визначається, як правило, умовами охолодження. В той самий час пальники цього типу мають значні габарити, вони більш громіздкі, ніж пальники інших типів. Це стосується також і пальників, побудованих на застосуванні мікрофакельного горіння природного газу, в яких горюча суміш пропускається з малою швидкістю крізь численні отвори малого діаметра. Пальники з попереднім змішуванням застосовуються при спалюванні низькокалорійних газів у невеликих установках.
У топках енергетичних котлоагрегатів середньої і великої потужності застосовують або пальники проміжного типу, або дифузійні пальники. Загальний принцип їх роботи полягає в поділові газу на невеликі струмини і наступному змішуванні його з повітрям частково в пальнику, частково в топковій камері.
Струмини газу пронизують закручений повітряний потік, і газоповітряна суміш крізь амбразуру надходить у топку.
Топкові камери для спалювання газу і розміщення газових пальників аналогічні топкам при спалюванні рідкого палива. Суто мазутні і суто газові топки у великих установках трапляються рідше, ніж комбіновані топки для спалювання мазуту і вугільного пилу або газо-мазутні топки. У таких установках застосовують пальники, що дають можливість спалювати той чи інший вид палива. Наприклад, показаний на рис. 1-18. пальник призначений для спалювання рідкого і газоподібного палива.
1.3 Вихрові (циклонні) топки
Прямотоковий факельний метод спалювання не позбавлений і недоліків, зумовлених насамперед незадовільною аеродинамікою топкових камер (зокрема дуже малими швидкостями обмивання пилинок газовим потоком, особливо в заключній стадії горіння), а саме: громіздкість топкових камер через погане використання об'єму і необхідність глибоко охолоджувати гази в топці для попередження шлакування; висока концентрація золового пилу в потоці продуктів згоряння; золовий знос і занос конвективних елементів або знижені швидкості газів у них для попередження золового зносу; громіздке пилоприготувальне і золовловлююче обладнання. Ці недоліки в найбільшій мірі виявляються при спалюванні твердого палива.
Застосування вихрового (циклонного) принципу спалювання стало новим етапом у розвитку топкової техніки. Вихрові топки, як і факельні, можуть працювати з сухим і рідким шлаковидалянням. Найкращим типом вихрових топок для великих енергетичних котлоагрегатів є циклонні топки з рідким шлаковидалянням.
Першою топкою вихрового типу була пневматична (циркуляційно-вихрова) топка О.О. Шершньова для спалювання фрезерного торфу. Роботи по створенню цієї конструкції були початі наприкінці 20-х років нашого століття.
Нижня частина топкової камери має вигляд ежекторної воронки з двома вертикальними і двома похилими стінками-Основна кількість повітря (близько 85%) надходить в ежекторну воронку крізь горизонтальні сопла і створює в топці вихор з горизонтальною віссю обертання.
Дроблений торф подається в топку живильником тонким опаром по всій ширині топки, разом з торфом крізь щілинний пальник подається близько 15% повітря. Найдрібніші частки проходять стадію теплової підготовки, займаються і горять на льоту, крупніші частки, що падають униз, підхоплюються зустрічним газоповітряним потоком, піднімаються вгору і втягуються у вихровий рух. Повітряна струмина, що надходить із сопел, ежектує гарячі гази з топкового простору. В циркуляційному вихорі сушаться, здрібнюються, займаються і горять частки торфу.
Пневматична топка О.О. Шершньова надійна, гнучка і економічна. Крім фрезерного торфу, в ній можна також спалювати тирсу і лузгу.
Циклонні топки складаються з циклонних камер (передтопок) і камер охолодження, в нижній частині яких завершується процес горіння.
Найпоширеніші топки з горизонтальною або мало похиленою до горизонту циклонною камерою.
До цього типу топок належить циклонна топка Барнаульського котельного заводу-ЦКТІ (інж. О.Н. Ковригіна). Топка складається з трьох камер: циклонної, допалювальної і камери охолодження.
Краплі рідкого шлаку, що виносяться газовим потоком, який виходить з горловини циклонної камери, натрапляють на своєму шляху на вертикальну стінку з торкрету, нанесеного на екранні труби, осаджуються на ній і стікають униз. У другій камері гази тричі змінюють напрям руху на 90°. Між другою І третьою камерою розміщений шлаковловлювальний пучок екранних труб. Це забезпечує високий ступінь уловлювання шлаку в рідкому стані і високу повноту горіння пилу грубого помелу і навіть дробленки.
Топки з горизонтальними циклонами характеризуються коефіцієнтом шлаковловлювання ή=90÷95%, тепловим навантаженням циклонної камери =(16,7÷25)·103 кДж/(м3·год), відношенням довжини циклона до його діаметра = 1,0÷1,3, швидкістю повітря ω= =120÷180 м/сек, що підводиться.
Вона характеризується великим відношенням висоти передтопки до його діаметра =4÷6, середнім тепловим навантаженням циклонної камери =(4,18÷6,3)×10кДж/(м·год),високим коефіцієнтом шлаковидалення ή=75÷85% і швидкістю повітря ω=40÷70 м/сек.
Застосовують також топки з вертикальними циклонами, розміщеними над камерою охолодження. Основні показники їх такі:
=1; =(4,18÷5)·10 кдж/м·год; ή=75÷80%; ω=20÷30 м/сек.
Циклонні топки з рідким шлаковидалянням можна застосовувати для багатьох видів палива. Їх застосування обмежується через: а) несприятливі характеристики золи твердого палива (тугоплавкість, висока зольність), що утруднюють надійність добування і видалення шлаку в рідкому стані, особливо при неповному навантаженні агрегату, і б) високу зведену зольність палива Аз < 4%, що спричинює значну витрату теплоти з фізичною теплотою шлаку.
Застосування циклонного принципу спалювання дає можливість створити високовидатне й ефективне топкове обладнання для спалювання твердого палива у потужних установках, досягти високої інтенсифікації топкового процесу і максимального ступеня уловлювання в топці шлаку в рідкому стані. Останнім часом намітилась тенденція застосовувати циклонні передтопки також для спалювання рідкого палива.
Топки циклонного типу набули в нас поки що обмеженого застосування, але вони дуже перспективні.
2. Конструкції парових котлів і котельних агрегатів
2.1 Загальні відомості
Паровий котел - це елемент котельного агрегату, в якому вода перетворюється в насичену пару. На початковому етапі розвитку котельних конструкцій теплова схема котельних агрегатів була дуже примітивна, бо в котельних установках не застосовували перегрівники, водяні економайзери і повітропідігрівники. Агрегат складався з топки й котла, який виробляв насичену пару у наш час термін «паровий котел» застосовують як у власному (вузькому) розумінні, так і в широкому розумінні слова «котельний агрегат» і «парогенератор».
Сучасні котлоагрегати досить складні і різноманітні. Їх можна класифікувати за такими ознаками: а) виробність - агрегати малі (D<20 т/год), середні (D=20¸75 т/год), потужні (D³100 т/год), б) тиск - агрегати низького тиску (р < 30 бар), середнього (р = 30¸70 бар), високого (р>150 бар), надвисокого (р=150¸190 бар), надкритичного тиску (р>225 бар); в) конструктивне оформлення - котли барабанні (батарейні), жаротрубні, з димогарними трубами, комбіновані, водотрубні, спеціальних типів; г) розміщення поверхні нагріву - горизонтальне і вертикальне; д) число газоходів - одно-, дво-, три- і багатоходові; е) принцип дії - прямий і непрямий; є) призначення - енергетичні, промислові, транспортні, опалювальні; ж) циркуляція води - з природною циркуляцією, прямотокові, з багатократною примусовою циркуляцією.
Класифікація за видатністю і тиском в деякій частині орієнтовна і умовна. Ряд допоміжних класифікаційних ознак носить інший характер. Досить загальною класифікаційною ознакою є спосіб здійснення циркуляції. Тому розгляд котельних конструкцій зручно вести, користуючись ним.
2.2 Котли з природною циркуляцією
У котлах цього типу під час роботи внаслідок утворення пари, зривання парових бульбашок і їх скупчення відбувається рух води, який називається природною циркуляцією. В сучасних водотрубних котлах шлях води чітко виражений. У котлах старого типу рух неупорядкований, хаотичний, і тому ці котли іноді називають безциркуляційними.
Котли з природною циркуляцією більш поширені. Історію їх розвитку можна розбити на два періоди: початковий-від найпростішого котла до водотрубного і дальший - від водотрубного котла так званого заводського типу до сучасного потужного енергетичного котельного агрегату.
Перші парові котли мали вигляд горизонтального циліндричного барабана, заповненого до певного рівня водою, який обігрівався зовні. Такі котли були дуже металомісткими і маловидатними. Необхідність зменшити витрату металу на 1 м2 поверхні нагріву i на 1 т вироблюваної пари на годину, а також збільшити одиничну видатність котла зумовила пошуки більш досконалих конструкцій.
Розвиток конструкцій парових котлів у початковий період ішов у двох напрямках: а) розміщення у водяному просторі барабана внутрішніх поверхонь нагріву і б) приєднання до барабана додаткових зовнішніх поверхонь нагріву.
За першим варіантом внутрішні поверхні нагріву мали вигляд одної або двох труб великого діаметра (700 ¸ 1100 мм) - жарових труб. Котли цього типу, що дістали назву жаротрубних (однотрубні-корнвалійські, двотрубні-ланка-ширські), широко застосовувались у промислових установках; трапляються вони і тепер у малих котельних установках.
За другим варіантом внутрішні поверхні виконувались у вигляді багатьох труб малого діаметра (60-100 мм) - димогарних труб, що обмиваються зсередини димовими газами, а зовні - водою. Такі котли мають назву котлів з димогарними трубами. У чистому вигляді вони не знайшли помітного поширення, але стали основним елементом комбінованих котлів, у тому числі локомобільних, суднових, паровозних. Іноді їх застосовують як утилізаційні котли малої потужності для використання теплоти відпрацьованих газів промислових печей.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
