Вихревые пылеугольные горелки

Кафедра Промышленной Теплоэнергетики

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

По дисциплине Специальные Вопросы Сжигание Топлива

На тему:

«Вихревые пылеугольные горелки»

ПРОВЕРИЛ:

ВЫПОЛНИЛ:

Алматы 2007

СОДЕРЖАНИЕ

1 ВВЕДЕНИЕ

2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ ГОРЕЛКАХ

3 ВИХРЕВАЯ СТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ ГОРЕЛКА

4 НОВЫЙ СПОСОБ РАСШИРЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ВИХРЕВЫХ ГОРЕЛОК СО СТАНДАРТНЫМИ ЗАВИХРИТЕЛЯМИ

5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Пылеугольные горелки служат для организованного ввода угольной пыли и воздуха в топку. С помощью горелок и рациональной компоновки их в значительной мере организуется топочный процесс: устойчивое зажигание факела, смесеобразование, интенсивное выгорание пыли и бесшлаковочная

Работа парогенератора.

По аэродинамическому способу ввода компонентов горючей смеси горелки подразделяют на вихревые, прямоточные и плоскофакельные, по типу сжигаемого топлива – на пылеугольные, газомазутные, газовые, мазутные и комбинированные пылеугольные (пыль, газ или пыль и мазут).

Для сжигания угольной пыли применяются два основных типа горелок: вихревые и прямоточные.

 Пылеугольные вихревые горелки применяют для сжигания практически всех видов твердого топлива, за исключением фрезерного торфа. Горелки имеют закручивающие аппараты, устанавливаемые в каналах ввода пылевоздушной смеси и воздуха. В зависимости от конструкции закручивающих аппаратов различают лопаточно-лопаточные (ГЛЛ), улиточно-лопаточные (ГУЛ), улиточно-улиточные (ГУУ), прямоточно-лопаточные (ГПЛ) и прямоточно-улиточные (ГПУ) горелки. Первым после индекса Г (горелка) указывается тип закручивающего аппарата по первичному воздуху.

Направление вращения потоков первичного и вторичного воздуха одинаково, при этом по внутреннему каналу (каналам) пылевоздушная смесь.

Вихревые горелки, как обладающие высокой устойчивостью зажигания, рекомендуются преимущественно для сжигания пыли АШ, полуантрацитов и тощих углей в открытых и полуоткрытых топках с твердым и жидким шлакоудалением. Эти горелки могут быть использованы и для сжигания топлив и с большим выходом летучих. Вихревые горелки хорошо зарекомендовали себя на парогенераторах средней производительности, на которых их можно располагать сравнительно просторно. С переходом к мощным и сверхмощным парогенераторам роль самих горелок в организации топочного процесса уменьшилась.

ГОРЕЛКА ПЫЛЕУГОЛЬНАЯ

Устройство для образования смесей пылевидного топлива с воздухом и подачи его к месту сжигания. Через горелки в топку поступают два различных потока: топливо- воздушная смесь (топливная пыль при температуре 70— 130°С и первичный воздух) и вторичный воздух с температурой 250—420°С Образование горючей смеси завершается в топочной камере. От работы горелок и их размещения зависит характер смесеобразования, что в сочетании с аэродинамикой топочной камеры определяет интенсивность воспламенения, скорость и полноту сгорания. Горелка для камерного сжигания твердого топлива подразделяют на круглые (турбулентные), прямоточные (щелевые) и пылевые. Для сжигания пылевидного топлива совместно с газом применяют комбинированные горелки.

На котлоагрегатах большой производительности устанавливают одно- и двухулиточиые, лопаточные и улиточно-лопаточные пылеугольные круглые горелки. При любой конструкции круглой горелки потоки пылевоздушной смеси и вторичного воздуха закручиваются в одном направлении. В одноулиточной горелке пылевоздушная смесь поступает в топку прямоточно (Рис. 1); вторичный воздух закручивается в улитке и, пройдя кольцевой канал, через амбразуру поступает в топку. Необходимый для хорошего перемешивания со вторичным воздухом разнос струи пылевоздушной смеси достигается

рассекающим конусом. В получивших широкое распространение двух-улиточных горелок и улиточно-лопаточных горелок оба потока закручиваются в улиточном или лопаточном подводе (Рис. 2). Потоки образуют в топке два концентрически расходящихся усеченных конуса, как бы опирающихся малыми основаниями на кольцевые выходы из горелки. Внутри образуется конус пылевоздушной смеси,которому снаружи примыкает конусообразный поток вторичного воздуха. По мере движения в топке оба потока проникают один в другой, перемешиваются, увлекая за собой топочные газы

Чем больше горячих топочных газов вовлекается в этот процесс, тем быстрее воспламеняется и сгорает топливо. Для увеличения угла раскрытия факела мощные горелки имеют коническую выходную насадку. С этой же целью выходную часть амбразуры часто выполняют конический, расширяющейся к устью, в результате чего достигается лучшее сочетание форм развития факела и амбразуры, увеличивается площадь поверхности контакта факела, ускоряется воспламенение топлива. Полнота сгорания топлива зависит от скорости вдувания в топку первичной смеси и вторичного воздуха. При малой скорости первичной смеси возможны выпадение из потока крупных частиц топлива и обгорание выходных патрубков горелок; при слишком большой скорости ухудшаются условия воспламенения, и увеличивается длина факела. Скорость пылевоздушной смеси в круглых закручивающих горелок при сжигании пыли антрацитов, полуантрацитов и тощих углей принимают равной 15—20 м/с, а каменных и бурых углей — 20—25 м/с; соответственно скорости вторичною воздуха принимают равными 20—30 и 25—35 м/с. Кол-во первичного воздуха, которое необходимо подавать в Г., с повышением выхода летучих веществ из топлива возрастает с 20— 30% при сжигании антрацита до 50—60% при сжигании бурых углей. "Остальное кол-во воздуха приходится на вторичный. Круглые горелки применимы для любого твердого топлива, но наиболее распространены для топлива с малым выходом летучих веществ. Единичная мощность круглых горелок достигает 14 т/ч.

ВИХРЕВАЯ СТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ ГОРЕЛКА

1. НАЗНАЧЕНИЕ

Предлагаемая горелка может быть использована в технологических и энергетических установках, использующих сжигание углеводородного топлива и, прежде всего, в установках, работающих в экстремальных условиях (при низких температурах, давлении, при использовании низкокалорийных топлив).

Использование новых принципов организации процесса горения при конструировании горелочных устройств позволит улучшить пусковые и рабочие характеристики камер сгорания путем интенсификации процесса подготовки и сжигания топливовоздушной смеси; обеспечить многотопливность энергоустановки.

2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ.

В газотурбинных двигателях и газотурбинных установках:

эффективный розжиги обеспечение рабочего процесса основных и форсажных камер сгорания;

создание режима дежурного зажигания длительного непрерывного действия;

улучшение экологичности двигателя за счет предварительной подготовки топливовоздушной смеси.

В прямоточных воздушно-реактивных двигателях: розжиг камеры сгорания;

стабилизация горения топливовоздушной смеси,

Розжиг и стабилизация горения газовых, мазутных и пылеугольных горелок топок теплоэнергоценралей.

В технологических процессах газопламенной обработки материалов в машиностроении ив химической промышленности.

Переработка экологически вредных отходов производств.

3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Особенность конструкции является способность организовать рабочий процесс так, что пусковой стабилизирующий факел первой ступени поступает тангенциально во вторую ступень. Во второй ступени образуется сильно закрученный высокотемпературный поток, в который впрыскивается топливо из основной форсунки. Из второй ступени в жаровую трубу или топочную камеру выходит устойчивый стабилизированный факел, состоящий (в зависимости от коэффициента избытка воздуха) из продуктов сгорания и несгоревших компонентов топливо-воздущной смеси, которые дожигаются в жаровой трубе или в топочной камере.

4. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ

Расход сжатотого воздуха, г/с 5(60

Давление сжатого воздуха, МПа 0,15(0,6

Температура воздуха и топлива на входе в первую ступень,

не менее, (С-55

Давление топливо-воздушной смеси в разжигаемой камере сгорания, КПа 10,3(101,3

Топливо первой ступени жидкое или газообразное

Топливо второй ступени газообразное, жидкое, твердое измельченное

Диапазон надежного запуска и устойчивой работы по коэффициенту избытка воздуха 0,3(8,0)

Температура факела на срезе выходного сопла, (С) 700(2000)

НОВЫЙ СПОСОБ РАСШИРЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ВИХРЕВЫХ ГОРЕЛОК СО СТАНДАРТНЫМИ ЗАВИХРИТЕЛЯМИ

Все проблемы экологически безопасного и экономичного сжигания топлив на котлах тепловых электростанций, так или иначе, связаны с выбором и настройкой горелок. Причем всегда следует рассматривать оптимизацию всей системы «горелки-топка», включая систему сбросных воздушных сопел, расположенных на стенах топки выше горелок для подачи воздуха в разные зоны надгорелочного пространства. Конечно, имеем в виду не тривиальные неэффективные схемы так называемого двухстадийного сжигания и не всегда удачные схемы сжигания трехстадийного. Речь, конечно, далее пойдет о сложных современных и весьма индивидуальных схемах настройки топочного процесса, которые называют по-разному: двухзонным, просто стадийным или нестехиометрическим сжиганием. В любом случае, эти технологии предусматривают первичное сжигание топлива в несколько стадий при разном дефиците кислорода, что необходимо для управляемого образования и подавления оксидов азота (NOx) разных групп (быстрых, топливных, термических). Для этого в индивидуальном факеле каждой горелки необходимо осознано управлять температурой и составом газовой атмосферы в отдельных зонах. Дожигание топлива, точнее восстановительной атмосферы производится в средней и даже в верхней части топки. Это, в свою очередь, требует создания эффективной аэродинамической схемы для тщательного смешения воздуха с потоком вязких почти ламинарно текущих топочных газов большой толщины. Удачная реализация подобной схемы обеспечивает в настоящее время достижение рекордных одновременно экологических и экономических характеристик топочного процесса на лучших зарубежных котлах.

Конкретная технология сжигания топлива на котлах по наиболее эффективным схемам нестехиометрического сжигания (наиболее принятая отечественная терминология) в топках котлов электростанций связана, прежде всего, с использованием совершенно определенных типов горелок с особыми схемами индивидуальной их настройки. Горелки для самой полной реализации подобных технологий должны, по нашему мнению, удовлетворять определенным требованиям. Выделим некоторые из них, на наш взгляд, самые важные.

Во-первых, это почти всегда вихревые горелки, гарантирующие самую надежную стабилизацию воспламенения и горения в индивидуальном факеле. Эти горелки позволяют дополнительно создавать в отдельных областях их факелов зон повышенной и пониженной интенсивности смешения механизмами турбулентности. Это условие всегда должно быть выполнено, так как без него трудно формировать специальные зоны факелов с нужными избытками воздуха и температурами, а настраивать и регулировать эти процессы трудно.

Поэтому, во-вторых, эти горелки должны обеспечивать регулирование интенсивности крутки формируемых ими потоков, - хотя бы части из них. Без этого нельзя оптимизировать размеры отмеченных выше зон индивидуального факела, а также его длину и угол раскрытия в топке. Без этого, в свою очередь, очень трудно влиять на теплотехнические характеристики результирующего факела в топке и на процессы теплообмена по газовому тракту котла.

В третьих, горелки должны формировать длинные факела сильно пониженной крутки. Эти удлиненные факела необходимы для достижения многих целей. Прежде всего, выделим время пребывания первичных продуктов, содержащих NOx, в восстановительной атмосфере. Обеспечив местные избытки воздуха в зоне горения на уровне значений 0,8-0,9 (часто всего это внешние и дальние участки индивидуального факела горелки), можно сильно ослабить процессы образования NOx. При этом они даже почти не будут зависеть (по Рослякову - МЭИ) от температуры, если она не слишком высока. Снижение крутки индивидуальных факелов вплоть до затухания (захлопывания) приосевого обратного тока может, по данным ряда зарубежных и отечественных работ 60-70-х годов, вызывать усиление турбулентного обмена в протяженной приосевой области факела. Это, на наш взгляд, особенно важно для подавления образования сажи (содержат канцерогены группы С20Н12) в области сжигании топлива с недостатком О2, особенно при экстремально низких избытках воздуха (примерно равных 0,4-0,6). Эта зона горения очень важна для экологически чистого сжигания не только природного газа. При сжигании углей, это может понизить образование «топливных» NOx при умеренном выходе «быстрых» NOx (следует из работ Рослякова и зарубежного опыта).

В связи с этим, в четвертых, такие горелки должны иметь дополнительные средства стабилизации горения, так как иначе их эксплуатация вообще невозможна из-за опасности обрыва факела при сильном снижении его крутки в режимах приближения к достижению максимального подавления выбросов оксидов азота. В лучших современных американских и немецких конструкциях горелок чистого и экономичного сжигания твердых топлив этому служат совсем небольшие конусы, уступы, шайбы (плохообтекаемые тела), не вызывающие увеличения аэродинамического сопротивления. Они одновременно являются еще и весьма эффективными турбулизаторами отдельных зон горящего факела за горелкой, где вследствие резкого роста температур снижается эффективность проявления механизмов турбулентного переноса. Еще один прием совместной стабилизации горения и активизации механизмов перемешивания в приосевой зоне факела горелки, был популярен за рубежом уже более 30 лет тому назад, - это установка в центральной части горелок (в потоке воздуха или аэропыли) неподвижного или подвижного (например, горелки фирмы Stork) лопаточного регистра с радиальными или наклонными (диагональными) лопатками. Этот прием применялся также на газовых горелках самой высокой эффективности, например, компанией Deutsche Babcock, а ныне – John Zink, а сегодня - и в ряде подобных новых отечественных конструкций.

В пятых, наряду с возможностью регулировать расходы воздуха и топлива по любому из каналов горелок, необходимо добиться предельного повышения осесимметричости всех формируемых потоков. Считаем, что это очень важно, так как осесимметричность позволяет предельно снижать местные избытки воздуха в факелах и общие - в результирующем факеле всей топки. Это обеспечит значительно более полное использования потенциала любых схем позонного подавления или восстановления «термических» или иных NOx с достижением предельной полноты выгорания в камерной топке любого вида энергетического топлива.

Достижение оптимального минимума перечисленных требований невозможно, следуя требованиям давно устаревших ОСТ. Стандартные или нормализованные горелки не имеют регулируемых регистров (завихрителей) воздуха и дополнительных средств стабилизации горения. Не предусмотрены на них дополнительные средства повышения интенсивности турбулентного обмена в отдельных зонах потоков или факелов на их основе. Регулирование расходов воздуха по каналам - слабое и совершенно недостаточное средство управления смешением и размерами отдельных зон факела. И все приведенные нами выше требования обеспечения безопасного и экономичного сжигания реализуется только в специальных горелках, принципиально противоречащих требованиям ОСТ. Эти горелки иногда называют горелками экологически чистого сжигания. Далее обозначим их как ГЭЧС.

Страницы: 1, 2