Если за определяющий параметр взять скорость движения воздуха w в относительно скорости движения частиц топлива v т, то по этому параметру выделяют четыре технологии сжигания топлива.
1. В плотном фильтрующем слое (w в >> v т).
Применяется только для кускового твердого топлива, которое распределяется на колосниковой решетке. Слой топлива продувается воздухом со скоростью, при которой устойчивость слоя не нарушается и процесс горения имеет кислородную и восстановительную зону.
Видимое тепловое напряжение колосниковой решетки составляет Q R = 1,1…1,8 МВт/м 2 .
2. В кипящем или псевдоожиженным слое (w в > v т).
При увеличении скорости воздуха динамический напор может достигнуть, а затем и превысить гравитационную силу частиц. Устойчивость слоя нарушится и начнется беспорядочное движение частиц, которые будут подниматься над решеткой, а затем совершать возвратно-поступательное движение вверх и вниз. Скорость потока, при которой нарушается устойчивость слоя, называется критической.
Увеличение ее возможно до скорости витания частиц, когда они выносятся потоком газов из слоя.
Значительная часть воздуха проходит через кипящий слой в виде «пузырей» (газовых объемов), сильно перемешивающих мелкозернистый материал слоя, в результате процесс горения по высоте протекает практически при постоянной температуре, что обеспечивает полноту выгорания топлива.
Для кипящего псевдоожиженного слоя характерна скорость воздуха 0,5…4 м/с, размер частиц топлива 3…10 мм, высота слоя не более 0,3…0,5 м. Тепловое напряжение объема топки Q V = 3,0…3,5 МВт/м 3 .
В кипящий слой вводят негорючий заполнитель: мелкий кварцевый песок, шамотную крошку и др.
Концентрация топлива в слое не превышает 5 %, что позволяет сжигать любое топливо (твердое, жидкое, газообразное, включая горючие отходы). Негорючий наполнитель в кипящем слое может быть активным по отношению к вредным газам, образующимся при горении. Введение наполнителя (известняка, извести или доломита) дает возможность перевести в твердое состояние до 95 % сернистого газа.
3. В потоке воздуха (w в ≈ v т) или факельный прямоточный процесс. Частицы топлива оказываются взвешенными в газовоздушном потоке и начинают перемещаться вместе с ним, сгорая во время движения в пределах топочного объема. Способ отличается слабой интенсивностью, растянутой зоной горения, резкой неизотермичностью; требуется высокая температура среды в зоне воспламенения и тщательная подготовка топлива (распыливание и предварительное перемешивание с воздухом). Тепловое напряжение объема топки Q V ≈ 0,5 МВт/м 3 .
Топочные устройства или топка является основным элементом котельного агрегата или огневой печи и служит для сжигания топлива наиболее экономичным способом и превращении наиболее экономичным способом и превращении его химической энергии в тепло. Существуют следующие основные способы сжигания твердого топлива: 1) слоевой; 2) факельный (камерный); 3) вихревой; 4) сжигание в кипящем слое. Для сжигания жидких и газообразных топлив применяют только факельный способ. 1. Слоевой способ – процесс сжигания осуществляется в слоевых топках. Слоевые топки можно разделить на 3 группы: 1) топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим на ней плотным слоем топливом. При возрастании скорости топлива, проходящего через слой топлива. Последний может стать кипящим. Такой слой топлива горит более интенсивно вследствие увеличения контактной поверхности с воздухом. 2. Топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающихся по ней слоев топлива. 3. Топки с движущимся вместе с колосниковой решеткой слоем топлива.
1 – зольник; 2 – колосниковая решетка; 3 – слой топлива; 4 – топочная камера; 5 – фурма для подачи воздуха; 6 – окно для подачи топлива.
Топка предназначена для сжигания всех видов топлива.
Стандартная колосниковая решетка типа РПК – Состоит из колосников, набранных в несколько рядов и насаженных валы прямоугольного сечения. При повороте валов на поворотный угол 30 0 ряды колосников наклоняются под тем же углом, и через образовавшиеся просветы шлак с решетки просыпается в зольник. Решетки имеют размеры в ширину от 900 до 3600 мм и в длину от 915 до 3660 мм. Наиболее распространенным типом слоевых топок является механизированная слоевая топка с цепной механической передачей. Механическая решетка выполняется в виде бесконечного колосникового полотна движущегося глубину топки вместе с лежащим на нем слоем горящего топлива. Топливо проходит, все стадии горения и в виде пыли ссыпается в шлаковый бункер. Скорость движения решетки можно изменять в зависимости от расхода топлива от 2 до 16 м/ч. Эти топки применяются для сжигания сортированного антрацита с размером кусков до 40 мм. Особенностью слоевых топок является наличие запаса топлива на решетке что позволяет регулировать мощность топки изменением количества подаваемого воздуха и обеспечивает устойчивость процесса горения. Слоевой способ не пригоден для крупных энергетических установок, а в установках малой и средней мощности данный способ находит широкое применение. 2. Факельный способ. В отличие от слоевого характеризуется непрерывностью движения в топочном пространстве частичек топлива вместе с потоком воздуха и продуктов горения, в котором они находятся во взвешенном состоянии. На рисунке показана камерная топка с факельным сжиганием топлива. Она состоит из горелки 1. топочной камеры 2, кипятильных труб3, труб заднего экрана 4, шламовой воронки 5. Предварительно измельченное топливо виде угольной пыли и газовая смесь подаются в горелку 1, туда же через ряд отверстий вдувается вторичный воздух. Газовоздушный поток с взвешенными частицами твердого топлива зажигается на выходе из горелки в топку 2. В топочной камере топливо сгорает с образованием горящего факела. Тепло выделяемое при сжигании топлива в виде излучения и конвективным путем передается воде циркулирующей в кипятильных трубах и трубах заднего экрана. Остаток от сгоревшего топлива поступает, шлаковую воронку, а затем выводится. Основным достоинством данного способа сжигания является возможность создания мощных топок паропроизводительностью до 2000 т/ч и возможность экономичного и надежного сжигания зольных, влажных и отбросных топлив под котлами различной мощности. К недостаткам данного способа можно отнести: 1) Высокую стоимость системы пылеприготовления; 2) Высокий расход электрической энергии на размол; 3) Несколько пониженные тепловые нагрузки камеры сгорания, чем у слоевых топок, что способствует условию объемов топочных пространств. Пылеприготовление из кускового топлива состоит из следующих операций: 1. Удаление из топлива металлических предметов с помощью магнитных сепараторов. 2. Дробление крупных кусков топлива в дробилках до размера 15-25 мм. 3. Сушка и размол топлива в специальных мельницах и классификация топлив. 4. Классификация. Для дробления крупных кусков можно использовать шаровые, валковые, конусные дробилки. В качестве размалывающего оборудования в системе пылеприготовления используется тихоходные шаровые барабанные мельницы, быстроходные молотковые мельницы с аксиальным и тарельчатым подводом сушильного агента. Для сжигания пылевидного топлива применяются круглые и щелевые горелки. Они размещаются фронтально передней стенке топки, встречно на боковых стенках, а также по углам топки. Для фронтального и встречного распыления применяют круглые турбулентные горелки, создающие короткий факел.
18 апреля 2011Газообразное топливо сжигается в печах тремя способами.
При первом способе сжигания газ и воздух под низким давлением подаются одновременно в горелку, где происходит их частичное перемешивание, однако полное перемешивание газа с воздухом завершается только при входе в печь, где смесь сгорает, образуя сравнительно короткий факел. Горелки, в которых осуществляется частичное смешивание газа и воздуха, называются пламенными горелками низкого давления.
В смесительную камеру 7 газ входит тонкой кольцеобразной струей. Воздух, подаваемый (под напором несколько большим, чем газ) по касательной корпуса 10 завихряющимися струями, входит в смесительную камеру через прорези 8 и разбивает движущуюся струю газа.
Перемешанная таким образом газовоздушная смесь после прохождения через футерованное отверстие горелки 9 сгорает в рабочем пространстве печи, образуя короткий факел.
При втором способе сжигания газ и воздух подаются в специальное устройство — смеситель, в котором они полностью перемешиваются в газовоздушную смесь и направляются под высоким давлением для сжигания в горелку. Сгорание происходит быстро, не создавая пламени в рабочем пространстве печи.
При третьем способе сжигания газ подается в горелку под высоким давлением, при котором потребный воздух засасывается из атмосферы. Смешивание газа с воздухом происходит в смесителе инжекторного типа, встроенном в горелку.
Горелки для сжигания газа по второму и третьему способам называются беспламенными горелками высокого давления.
«Свободная ковка», Я.С. Вишневецкий
Карусельная нагревательная печь с вращающимся подом Электрические печи сопротивления применяются для нагрева заготовок небольших сечений. Для нагрева заготовок до температуры 1200—1250° С пользуются печами с нагревателями из карбида кремния (селитовыми элементами сопротивления), выпускаемыми трестом Электропечь. Нагрев заготовок из цветных сплавов осуществляется в печах с металлическими нагревателями, работающими при температуре до 900—950° С. Эти печи применяются…
Электроконтактные нагревательные устройства служат для нагрева заготовок по методу сопротивления. 1 — генератор, 2— индуктор, 3 — нагреваемая заготовка, 4 — батарея конденсаторов, 5 — контактор. Индукторы в зависимости от формы и размеров нагреваемой заготовки бывают: цилиндрические, овальные, квадратные и щелевые. Формы индукторов и расположение в них нагреваемых заготовок показаны на рис. 1 —…
Электрическая печь сопротивления Н75 1 — нагревательные элементы, 2 — огнеупорная кладка,3 — теплоизоляция, 4 — механизм подъема дверцы, 5 — противовес, 6 — дверца, 7 — вал подъемника, 8 — конечный выключатель, 9 — пятовые кирпичи, 10 — подовая плита. Сущность метода заключается в подведении электрического тока промышленной частоты к концам заготовки (или…
Принципиальная электрическая схема нагрева по методу сопротивления приведена на рис. К зажатой в контактах заготовке подводится ток большой силы и напряжением от 5,6 до 13,6 в. Сила тока, потребная для нагрева металла, увеличивается пропорционально квадрату диаметра заготовки. 1 — контакты, 2 — нагреваемая заготовка, 3 — подводящие шины, 4 — силовой трансформатор. По мере…
Основными показателями при оценке работы печей являются: производительность печи, удельный расход топлива и коэффициент полезного действия. Производительностью печи называется количество металла в килограммах, которое может быть нагрето в ней до заданной температуры за единицу времени (кг/ч). Производительность зависит от количества одновременно нагреваемых заготовок, способа их расположения на поду, размера заготовки, марки стали, температуры, нагрева и…
Способы сжигания твердого топлива.
Основные месторождения ископаемых топлив.
Размещение ископаемых твердых топлив по территории СССР крайне неравномерно. Наиболее развитые в промышленном отношении районы европейской части СССР бедны топливом. Здесь наибольшее значение имеет Донецкий бассейн, располагающий каменными углями различных марок и антрацитами, но запасы топлива в нем уже не удовлетворяют потребности. Вместе с тем, слабые по мощности пласты, добыча из глубоких шахт делают это топливо дорогим (14-16 руб/т условного топлива). Основная масса ископаемых топлив находится Центральной и Западной Сибири, Казахстане. Эти топлива дешевле донецких (8-10 руб/т условного топлива - шахтная добыча и 4 руб/т условного топлива - открытая добыча в разрезах). Даже с учетом стоимости перевозки они оказываются дешевле в европейской части СССР, чем донецкие. Имеются запасы бурых углей в Канско-Ачинском бассейне (Центральная Сибирь). Близкое расположение к поверхности земли, мощные пласты позволяют развернуть открытую добычу этого топлива, что делает его наиболее дешевым топливом СССР (расчетные затраты 2,5-3 руб/т условного топлива). Такими же характеристиками обладает Экибастузское месторождение каменных углей (Восточный Казахстан). Применительно к канско-ачинским бурым углям разрабатывается также план комплексной энерготехнологической их переработки с получением ценных химических веществ, буроугольного мазута и коксика - топлива с высокой теплотой сгорания (около 29,3 МДж/кг).
Запасы нефти интенсивно разрабатываются в Тюменской, области. Добыча нефти и газового конденсата в этом районе составляет около 50% всей добычи в стране.
Месторождения природного газа имеются во многих районах нашей страны. К наиболее известным относятся Шебелинское, Дашавское, Газлийское. В последние годы открыты и начали активно эксплуатироваться уникальные месторождения в Туркмении, на Южном Урале и в Тюменской области (Шатлыкское, Оренбургское, Медвежье, Уренгойское, Ямбургское). Запасы газа здесь составляют почти 50% всех известных запасов природного газа в стране. Открыты запаек газа и нефти на территории Коми АССР. Близость этого района к промышленным центрам европейской части СССР заставляет ускоренно развивать добычу топлива в этом трудном по природным и климатическим условиям районе. Данные приведены в ценах 1977 ᴦ.
Сжигание твердого топлива в топочных устройствах может быть организовано различными способами: факельным, циклонным, в кипящем слое (рис. 1.7). Из них наиболее распространенным в современной крупной энергетике является факельный.
В основу классификации способов сжигания положена аэродинамическая характеристика процесса, определяющая условия омывания горящего топлива окислителем.
Практически неограниченное повышение мощности топочных устройств связано со сжиганием угольной пыли в объеме топочной камеры во взвешенном состоянии. Такой способ сжигания топлива принято называть факельным . При этом мелкие частицы топлива легко транспортируются потоком воздуха и образующихся газов в сечении топочной камеры. Сгорание топлива происходит в этом случае в объеме топочной камеры за весьма ограниченное время пребывания частиц в топке (1-2 с). Скорость сгорания топлива, определяется поверхностью горения.
При циклонном способе сжигания частицы топлива находятся в интенсивном вихревом движении. В отличие от факельного способа сжигания частицы топлива подвергаются интенсивному обдуванию потоком и быстро сгорают. Циклонный способ позволяет сжигать более грубую угольную пыль и даже дробленку. В циклоне развивается более высокая температура горения, отчего шлаки переходят в жидкое состояние.
В последнее время находит применение новый для энергетики способ сжигания топлива в так называемом кипящем слое (рис. 1.7,в). Находящееся на решетке измельченное топливо с частицами размером 1-6 мм продувается потоком воздуха с такой скоростью, что частицы всплывают над решеткой и совершают возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости. При этом скорость газовоздушного потока в пределах кипящего слоя больше, чем над ними. Более мелкие и частично выгоревшие частицы поднимаются в верхнюю часть кипящего слоя, где скорость потока снижается, и там сгорают. Кипящий слой увеличивается в объеме в 1,5-2 раза, его высота обычно составляет 0,5-1 м.
Тепловоспринимающие поверхности в виде коридорного, или шахматного пучка труб размещают внутри объема кипящего слоя и над ним. За счет развитой кондуктивной (контактной) передачи теплоты от раскаленных частиц к поверхности нагрева удельное тепловосприятие поверхностей в пределах кипящего слоя существенно возрастает. При этом температура газов вгорящем слое остается относительно невысокой (800-1000°С), что исключает перегрев металла и уменьшает образование вредных окислов азота в продуктах сгорания. Вместе с тем, такой способ сжигания позволяет вводить в кипящий слой твердые присадки (к примеру, известняк) для нейтрализации образующихся окислов серы.
Крупные электростанции потребляют более 1000 т/ч угля. Даже при доставке топлива вагонами большей грузоподъемности (60 - 125 т) на электростанции крайне важно постоянно разгружать за 1 ч 15-30 вагонов топлива, что обеспечивается применением для разгрузки вагонов высокопроизводительных вагоноопрокидывателей.
Превращение кускового топлива в угольную пыль производится в два этапа. Вначале сырое топливо подвергается дроблению до размера, не превышающего 15 - 25 мм. Затем измельченное топливо - дробленка поступает в бункера сырого угля, после чего подвергается размолу в углеразмольных мельницах до окончательного продукта - угольной пыли с размером частиц до 500 мкм. Одновременно с размолом топливо подсушивается для обеспечения хорошей текучести пыли.
СПОСОБЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА.ТИПЫ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ.
Топочное устройство, или топка, являясь основным элементом котельного агрегата, предназначена для сжигания топлива с целью выделения заключенного в нем тепла и получения продуктов сгорания с возможно большей температурой. В то же время топка служит теплообменным устройством, в котором происходит теплоотдача излучением из зоны горения на более холодные окружающие поверхности нагрева котла, а также устройством для улавливания и удаления некоторой части очаговых остатков при сжигании твердого топлива.
По способу сжигания топлива топочные устройства делятся на слоевые и камерные. В слоевых топках осуществляется сжигание твердого кускового топлива в слое, в камерных топках - газообразного, жидкого и пылевидного топлива во взвешенном состоянии.
В современных котельных установках обычно используются три основных способа сжигания твердого топлива (рис. 14): слоевой, факельный, вихревой.
Слоевые топки. Топки, в которых производится слоевое сжигание кускового твердого топлива, называются слоевыми. Эта топка состоит из колосниковой решетки, поддерживающей слой кускового топлива, и топочного пространства, в котором сгорают горючие летучие вещества. Каждая топка предназначена для сжигания определенного вида топлива. Конструкции топок разнообразны, и каждая из них соответствует определенному способу сжигания. От размеров и конструкции топки зависят производительность и экономичность котельной установки.
Рис. 14. Схемы процессов сжигания топлива : а - слоевого, 6 - факельного, в - вихревого
Слоевые топки для сжигания разнообразных видов твердого топлива делят на внутренние и выносные, с горизонтальными и наклонными колосниковыми решетками.
Тонки, расположенные внутри обмуровки котла, называют внутренними, а расположенные за пределами обмуровки и дополнительно пристроенные к котлу, - выносными.
В зависимости от способа подачи топлива и организации обслуживания слоевые тонки подразделяют на ручные, полумеханические и механизированные.
Ручными топками
называют те, в которых все три операции - подача топлива в топку, его шуровка и- удаление шлака (очаговых остатков) из топки - производятся машинистом вручную. Эти топки имеют горизонтальную колосниковую решетку.
Полумеханическими топками
называют те, в которых механизированы одна или две операции. К ним относят шахтные с на¬
клонными колосниковыми решетками, в которых топливо, загруженное в топку вручную, по мере прогорания нижних слоев перемещается по наклонным колосникам под действием собственной массы.
Механизированными топками
называют те, в которых подача топлива в топку, его шуровка и удаление из топки очаговых остатков.
Ряс 15 Схемы топок для сжигания твердого топлива в слое
.
а-с ручной горизонтальной колосниковой решеткой, б-с забрасывателем на неподвижный слой, в - с шурующей планкой, г - с наклонной колосниковой решеткой, д - вертикальной, е-с цепной решеткой прямого хода, ж - с решеткой обратного хода с забрасывателем производятся механическим приводом без ручного вмешательства машиниста.
Топливо в топку поступает непрерывным потоком.
Слоевые топки для сжигания твердого топлива (рис. 15) делят на три класса
:
топки с неподвижной колосниковой решеткой я неподвижно л ежащим на ней слоем топлива, к которым относят топку,с ручной горизонтальной колосниковой решеткой (рис. 15, а и б). На этой решетке можно сжигать все виды твердого топлива, но вследствие ручного обслуживания ее применяют под котлами паропроизводительностью до 1-2 т/ч. Топки с забрасывателями, в которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбрасывают его по поверхности колосниковой решетки, устанавливают под котлами паропроизводительностью до 6,5-10 т/ч топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива (рис. 15, в, гид), к которым относят топки с шурующей планкой и топки с наклонной колосниковой решеткой. В топках с шурующей планкой топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки специальной планкой особой формы, совершающей возвратно-поступательное движение по колосниковой решетке.
Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч
в топках с наклонной колосниковой решеткой свежее топливо, загруженное в топку сверху, но мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки.
Такие топки применяют для сжигания древесных отходов торфа под котлами паропроизводительностью до 2,5 т/ч скоростные шахтные топки системы В. В. Померанцева применяют для сжигания кускового торфа под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч для сжигания древесных отходов под котлами паропроизводительностью 20 т/ч топки с движущимися механическими колосниковыми решетками (рис. 15, е и ж) двух типов: прямого и обратного хода.
Цепная решетка прямого хода движется от передней стенки в сторону задней стенки топки. Топливо на колосниковую решетку поступает самотеком. Цепная решетка обратного хода движется от задней к передней стенке топки. Топливо на колосниковую решетку подается забрасывателем. Топки с цепными колосниковыми решетками применяют для сжигания каменных, бурых углей и антрахщтов под котлами паропроизводительностью от 10 до 35 т/ч.
Камерные (факельные) топки. Камерные топки (рис. 16) применяют для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. При этом твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в специальных пылеприготовительных установках - углеразмольных мельницах, а жидкое топливо - распылено на очень мелкие капли в мазутных форсунках. Газообразное топливо не требует предварительной подготовки.
Факельный способ позволяет сжигать с высокой надежностью и экономичностью самые различные и низкосортные виды топлива. Твердые топлива в пылевидном состоянии сжигают под котлами паропроизводительностью от 35 т/ч и выше, а жидкое и газообразное под котлами любой паропроизводительности.
Камерные (факельные) топки представляют собой прямоугольные камеры призматической формы, выполняемые из огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона. Стены топочной камеры изнутри покрывают системой кипятильных труб - топочными водяными экранами. Они представляют собой эффективную поверхность нагрева котла, воспринрмаюшую большое количество тепла, излучаемого факелом, в то же время предохраняют кладку топочной камеры от износа и раз-рушения под действием высокой температуры факела и расплавленных шлаков.
По способу удаления шлака факельные топки для пылевидного топлива разделяют на два класса: с твердым и жидким шлакоудалением.
Камера топки с твердым шлакоудалением (рис. 16, а) снизу имеет воронкообразную форму, называемую холодной воронкой 1. Капли шлака, выпадающие из факела, падают в эту воронку, затвердевают вследствие более низкой температуры в воронке, гранулируются. в отдельные зерна и через горловину 3 попадают в шлакоприемное устройство 2. Камеру топки б с жидким шлакоудалением (рис. 16, б) выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом 7, который в нижней части топочных экранов имеет тепловую изоляцию для поддержания температуры, превышающей температуру плавления золы. Расплавленный_ шлак, вы¬павший из факела на под, остается в расплавленном" состоянии и вытекает из топки через летку 9 в шлакоприемную ванну 8, наполненную водой, затвердевает и растрескивается на мелкие частицы.
Топки с жидким шлакоудалением делят на однокамерные и двухкамерные.
В двухкамерных топка разделена на камеру горения топлива и камеру охлаждения продуктов горения. Камеру горения надежно покрывают тепловой изоляцией для создания максимальной температуры с целью надежного получения жидкого шлака.
Факельные топки для жидкого и газообразного топлива иногда выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который иногда не экранируют. Расположение горелок в топочной камере делают на передней и боковых стенках, а также по углам ее. Горелки бывают прямоточными и завихриваюшими.
Способ сжигания топлива выбирается в зависимости от вида и рода топлива, а также паропроизводительности котельного агрегата.