Классификация топочных устройств котлов

Обновлено: 13.05.2024

Классификация топочных устройств. Показатели топочных устройств. Слоевые и камерные топки.

Основными видами теплоносителей на предприятиях легкой промышленности являются горячая вода и водяной пар. Горячая вода используется для технологических нужд, отопления и горячего водоснабжения, а водяной пар — для проведения технологических процессов и в качестве горячего теплоносителя в теплообменной аппаратуре. Выбор теплоносителя и определение режима теплопотребления зависят от вида потребителя тепловой энергии. Например, в жидкостных процессах обработки кожевенного сырья, требующих использования воды, применяются водные растворы температурой 25 — 50 °С. Для получения горячего воздуха в сушильных установках различных производств используется водяной пар с давлением 0,2—0,7 МПа.

При выборе того или иного вида теплоносителя следует иметь в виду, что теплоснабжение горячей водой более экономично, поскольку горячая вода имеет повышенную аккумулирующую способность, обеспечивает теплоснабжение на большие расстояния, дает возможность централизованного регулирования тепловых нагрузок. Использование пара приводит к образованию вторичных энергоресурсов (в виде отработанного пара, промышленного конденсата), что требует решения вопроса о возможности использования их на предприятии или более полном возврате в котельную. Возврат конденсата в котельную необходим, если предприятие потребляет несколько тонн пара в час и более. В случае теплоснабжения предприятий от ТЭЦ и крупных центральных котельных они получают перегретый, а при теплоснабжении от небольших местных котельных — влажный насыщенный пар, при использовании которого ухудшается качество теплоносителя (в связи с отсутствием контроля за степенью сухости), снижается стабильность параметров пара на входе к потребителям теплоты, увеличиваются тепловые потери и расход топлива, снижается качество водоподготовки и др.

Выбор параметров теплоносителя определяется технологическими режимами производства и оказывает влияние на экономичность системы теплоснабжения.

При централизованном теплоснабжении от ТЭЦ повышение параметров теплоносителя уменьшает выработку электроэнергии, поэтому их увеличение должно быть обосновано. При теплоснабжении от котельных, вырабатывающих только тепловую энергию, повышение параметров теплоносителя возможно в зависимости от условий использования теплоты в промышленных установках и от условий ее транспортирования. Повышение параметров теплоносителя приводит к уменьшению диаметров трубопроводов, снижению мощности электродвигателей насосов, относительному росту тепловых потерь с каждого метра трубопровода.

Режим теплового потребления промышленных предприятий неодинаков в течение суток и года.

Технологические потребители тепловой энергии относятся к круглогодовым потребителям с резко выраженным суточным графиком потребления теплоты. Изменение технологической тепловой нагрузки связано со сменностью работы оборудования, особенностями технологического процесса, а в ряде случаев — с температурой наружного воздуха. В течение года график тепловой технологической нагрузки может быть более равномерным.

Общезаводские потребители тепловой энергии могут быть как круглогодовыми (горячее водоснабжение), так и сезонными (отопление и вентиляция). Суточный расход теплоты на отопление и вентиляцию в отопительный период меняется незначительно, но претерпевает большие изменения в течение года. График тепловых нагрузок горячего водоснабжения имеет большую неравномерность в течение суток, но относительно равномерен в течение года.

Знание графика тепловых нагрузок различных потребителей тепловой энергии позволяет правильно определить годовой расход теплоты, экономично эксплуатировать системы теплоснабжения, регулируя отпуск теплоты в зависимости от требований производства. Регулирование теплового потребления осуществляется централизованно — на ТЭЦ или крупных котельных; по группам — на центральных (ЦТП) или местных (МТП) тепловых пунктах; индивидуально — непосредственно на теплоиспользующей аппаратуре.

Лучшие результаты дает сочетание трех видов регулирования: центрального, местного и индивидуального, однако чаще всего ограничиваются только центральным и местным, главным образом, из-за отсутствия систем индивидуального регулирования.

Регулирование систем водоснабжения проводится либо за счет изменения температуры воды (качественное регулирование), либо ее расхода (количественное регулирование), либо обоих факторов сразу (качественно-количественное регулирование).

Наибольшее распространение получило центральное качественное регулирование, дополняемое на ЦТП или МТП количественным регулированием.

Регулирование систем пароснабжения промышленных предприятий в основном проводится на входе к отдельным потребителям или их группе автоматически, полуавтоматически или вручную. При автоматическом регулировании обеспечивается регулирование как давления, так и расхода пара, при полуавтоматическом — автоматически поддерживается только давление, а расход пара изменяют вручную.

Внедрение в производство оборудования с индивидуальными системами регулирования позволяет регулировать тепловую нагрузку вследствие изменения поверхности нагрева, коэффициента теплопередачи, среднего температурного напора, например при переключении схемы противотока на схему прямотока и т. д.

Классификация топочных устройств. Показатели топочных устройств. Слоевые и камерные топки.

Топочным устройством или топкой является часть котельного агрегата, предназначенная для осуществления термоокислительных процессов (сжигания топлива) с целью получения высокотемпературных продуктов сгорания. В то же время топка служит теплообменным устройством, в котором происходит теплоотдача излучением из зоны горения радиационным поверхностям нагрева.

По способу сжигания топлива все топочные устройства делятся на слоевые и камерные(вихревые). В слоевых топках осуществляется сжигание твердого кускового топлива в слое, лежащем на соответствующей опорной поверхности (см. рис. 1.1).

По состоянию слоя топлива топки подразделяют на слоевые с плотными взвешенным слоем - кипящим слоем (ТКС).

В камерных факельных топках производится сжигание газообразного, жидкого и пылевидного твердого топлива с помощью специальных распыливающих устройств иначе называемых горелочными устройствами (ГУ).

Сжигание топлива в вихревых топках осуществляется во взвешенном состоянии топлива, которое поддерживается за сет формы камеры и аэродимамики процесса.

Слоевые топки, для сжигания разнообразных видов твердого топлива разделяются на внутренние и выносные, с горизонтальными и наклонными колосниковыми решетками.

Топки, расположенные внутри обмуровки котла, называются внутренними.

Топки, расположенные за пределами обмуровки и дополнительно пристроенные к котлу, называются выносными.

В зависимости от способа подачи топлива и организации обслуживания слоевые топки подразделяются на ручные, полумеханические и механические.

Ручными называются топки у которых все три операции - подача топлива в топку, его шуровка и удаление шлака (очаговых остатков) из топки - выполняются кочегаром вручную. Эти топки имеют, как правило, горизонтальную колосниковую решетку. Такие топки обычно называют - топки с ручной колосниковой решеткой (РКР).

Полумеханическими называют топки, в которых механизированы одна или две операции. К таким топкам относятся шахтных с наклонными колосниковыми решетками, где топливо, загруженное в топку вручную, по мере прогорания нижних слоев перемещается по наклонным колосникам под действием собственной массы. Топки с механическими или пневмомеханическими забрасывателями с поворотными колосниками (ПЗ-РПК).

Механическими называются топки, в которых все три операции механизированы. К ним относятся топки: с подвижным колосниковым полотном (ЛЦР - ленточная цепная решетка, ЧЦР - чешуйчатая цепная решетка, БЦР - безпровальная цепная решетка) и неподвижным слоем; с подвижным слоем и неподвижным колосниковым полотном – топки с шурующей планкой (ТШП) и др.

Осн. показателями топочного устройства являются:

1.пригодность для сжигания данного топлива;

2.тепловая производительность , МВт;

3.коэф-т избытка воздуха на выходе из топки a _Т,%;

4.потери теплоты от хим. неполноты сгорания q _х.н., %;

5. потеря теплоты от мех. неполноты сгорания q_м.х, %;

6.видимая объемная плотность тепловыделения в топке ,МВт /м 3 ;

7.видимая плотность теплового потока зеркала горения (для слоевых топок ) , МВт /м 2 ,где R-площадь решетки;

8.видимая плотность теплового потока через сечение топки площадью F_T: МВт /м 2 ;

9.доля золы, уносимой газами из топки, а_ун;

10.необходимое давление воздуха перед топкой р, Па;

11.температура дутьевого воздуха t_В,°C.

Слоевые топки предназначены для сжигания твердого топлива в слое на колосниковой решетке. В камерных топках сжигается твердое топливо во взвешенном состоянии в виде пыли и дробленых частиц, а также жидкое, распыляемое с помощью форсунок, и газообразное. Камерные топки подразделяются на факельные и вихревые.

Слоевые топки. По способу механизации операций обслуживания (подача топлива, шировка слоя, удаление зол и шлака) слоевые топки делятся на ручные (немеханизированные), полумеханические и механические. В полумеханических топках механизирована часть операций. В механических топках механизированы все операции.

В зависимости от способа организации процесса сжигания топлива слоевые топки можно разделить на три группы:

1) с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива;

2) с неподвижной колосниковой решеткой и перемещением топлива по решетке;

3) с подвижной колосниковой решеткой и движущимся вместе с ней слоем топлива.

Камерные топки для сжигания твердого топлива используют в котельных агрегатах средней и большой производительности.

Основные преимущества камерных топок заключаются в следующем:

1) возможность экономичного использования практически всех сортов угля, в том числе и низкокачественных, которые трудно сжигать в слое;

2) хорошее перемешивание топлива с воздухом, что позволяет работать с небольшим избытком воздуха (б=1,2-1,25);

3) возможность повышения единичной мощности котельного агрегата:

4) относительная простота регулирования режима работы и, следовательно, возможность полной автоматизации топочного процесса.

Сжигание твердого топлива в факеле. Большое значение для работы пылеугольных топок имеет конструкция применяемых горелок. Горелки должны обеспечивать хорошее перемешивание топлива с воздухом, надежное зажигание аэросмеси, максимальное заполнение факелом топочной камеры и легко поддаваться регулированию по производительности в заданных пределах.

Сжигание мазута и газов в топках. Жидкое топливо, сжигаемое в топках, подвергается предварительному распылению с помощью форсунки, являющейся элементом горелки. Пол горелкой в общем случае понимается агрегат, включающий помимо форсунки воздухонаправляющий аппарат, запальное устройство и механизм управления.

Классификация топочных устройств

По способу сжигания топлива все топочные устройства делятся на слоевые и камерные (вихревые). В слоевых топках осуществляется сжигание твердого кускового топлива в слое, лежащем на соответствующей опорной поверхности (см. рис. 1.1).

По состоянию слоя топлива топки подразделяют на слоевые с плотными взвешенным слоем - кипящим слоем (ТКС).

Топки, расположенные внутри обмуровки котла, называются внутренними.

Рис. 1.1. Способы сжигания топлива: а - слоевой (плотный слой); б - слоевой (взвешенный слой); в - камерный в факеле; г - камерный вихревой. 1 - коллектор; 2 - экранные трубы; 3 - колосниковая решетка; 4 - погружные поверхности нагрева; 5 - воздухораспределительная решетка (ВРР); 6 - горелочное устройство; 7 - шнек подачи топлива

Топки, расположенные за пределами обмуровки и дополнительно пристроенные к котлу, называются выносными.

Типы топочных устройств 1 глава

Слоевые топкипредназначены для сжигания твердого топлива в слое на колосниковой решетке. В камерных топках сжигается твердое топливо во взвешенном состоянии в виде пыли и дробленых частиц, а также жидкое, распыляемое с помощью форсунок, и газообразное. Камерные топки подразделяются на факельные и вихревые.

На рис.6.2 показаны схемы слоевого, факельного и вихревого способов сжигания топлива. При слоевом способе сжигания необходимый для горения воздух попадается к слою топлива через колосниковую решетку.

Рис.6.2. Схемы способов сжигания твердого топлива

а- слоевой; б- факельный; в- вихревой; 1-топливо; 2- воздух.

При факельном способе сжигания твердое топливо предварительно размалывается в мельницах и пыль вместе с воздухом (аэросмесь) попадает в топку. Время пребывания газа и пыли в объеме топки незначительно (1,5-2 с).

Циклонный способ сжигания основан на использовании закрученных топливовоздушных потоков. Транспорт топлива осуществляется воздухом. Топливные частицы циркулируют по определенным траекториям в течение времени, необходимого для завершения их сгорания. Под действием центробежных сил частицы движутся в виде уплотненного пристенного слоя, интенсивно перемешиваясь с воздухом. Время пребывания частиц в циклонной камере выбирается достаточным для выгорания грубой пыли (размер частиц – 200 мкм) или дробленого топлива (размер частиц до 5 мм).

Классификации наиболее типичных и относительно широко распространенных топочных устройств со слоевым сжиганием топлива показана на рис.6.3

Рис.6.3 Схема слоевых топок

1- топливо; 2- воздух; 3- продукты сгорания; 4- очаговые остатки.

В зависимости от способа организации процесса сжигания топлива слоевые топки можно разделить на три группы:

1) с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива (рис.6.3,а, б);

2) с неподвижной колосниковой решеткой и перемещением топлива по решетке (рис.6.4 в, г, д);

3) с подвижной колосниковой решеткой и движущимся вместе с ней слоем топлива (рис.6.4е).

В показанную на рис.6.4,а топку топливо загружают вручную и вручную удаляют очаговые остатки через зольник. Из-за большой затраты физического труда топки этого типа используют только для котлов малой паропроизводительности (до 0,5 кг/с).

На рис.6.3,б показана полумеханическая топка с пневмомеханическим забрасывателем (ПМЗ) (рис.6.4) и ручными поворачивающимися колосниками (РПК).

Рис.6.4. Пневмомеханический забрасыватель топлива.

1-бункер; 2- питатель; 3- роторный метатель; 4- сопловая решетка.

Топливо забрасывается питателем ПМЗ и равномерно распределяется по решетке, Удаляют очаговые остатки путем их сбрасывания в зольный бункер при повороте колосников около своей оси от ручного привода. В топке, показанной на рис. 6.3, в, загрузка осуществляется под воздействием собственного веса топлива. Топки с наклонной решеткой (с углом 40-50, что соответствует углу естественного откоса сжигаемого топлива) используют обычно для сжигания древесных отходов и кускового торфа. Возвратно-поступательное движение колосников на наклонно-переталкивающей решетке (рис. 6.3,г) дает возможность осуществить непрерывную шуровку слоя топлива, В таких топках возможно сжигание горючих сланцев, бурых углей с большой зольностью и повышенной влажностью и каменных углей с большим выходом летучих веществ.

Топки с шурующей планкой (рис. 6.3 д) предназначены для сжигания многозольных бурых и неспекающихся каменных углей. Шурующая планка выполняется в виде трехгранной призмы из литого чугуна или стали. Угол наклона передней плоскости к горизонтальной плоскости составляет 35, а задней – 15. При движении вперед (к задней стенке топки) топливо подрезается задней гранью и осуществляется шуровка горящего слоя топлива.

Основные преимущества камерных топок заключаются в следующем:

2) хорошее перемешивание топлива с воздухом, что позволяет работать с небольшим избытком воздуха (б=1,2-1,25);

3) возможность повышения единичной мощности котельного агрегата:

3.2 Основные характеристики топочных устройств.

Важнейшая теплотехническая характеристика топочных устройств, основываясь на которой решают вопросы их конструкции и оценивают интенсивность работы, - тепловое напряжение объема топочного пространства. Оно выражается отношением и представляет собой количество теплоты, выделившейся при сжигании определенного количества топлива в единицу времени и приходящейся на 1 куб.м объема топочного пространства, т.е.: .Единицей измерения q для является Вт/м 3 .

Если значение q будет превышать определенную числовую величину, установленную практически, то за время нахождения в топке топливо не сгорит полностью. Опыт эксплуатации котельных агрегатов показал, что для различных видов топлива, способов сжигания и конструкций топок допустимое значение q изменяется в широких пределах. Например, для слоевых топок с неподвижной решеткой и ручным забросом топлива q = 290 – 350 кВт/м 3 , у слоевых механизированных топок q_х =290 – 465 кВт/м 3 , для камерных топок при сжигании угольной пыли q = 145 – 230 кВт/м 3 , а при сжигании в них газа или мазута q_х = 230 – 460кВт/м 3 .

В слоевых топках, в которых часть топлива сгорает в слое, а другая часть в топочном пространстве, применяют еще одну характеристику интенсивности тепловой работы топки, называемую тепловым напряжением зеркала горения и имеющую вид:

Единицей измерения для q_R является Вт/м 2 ; В – кг/с; Q р _н – Дж/кг и для - R м 3 .

Эта характеристика представляет собой количество теплоты, выделившейся при сжигании определенного количества топлива в единицу времени и приходящейся на 1 м 2 площади поверхности зеркала горения. Установлено, что чем больше q_R, тем больше потеря теплоты от механического недожога вследствие уноса из пределов топки мелких, не успевших сгореть частиц топлива. Значения теплового напряжения зеркала золы, конструкции топки и т.д. и изменяются в широких пределах – от 350 до 1100 кВ/м 2 . Очевидно, что чем больше значение q_u иq_R для заданных размеров топки и одного и того же вида топлива, тем интенсивней (форсированней) протекает работа топки, т.е. больше сжигается топлива в единицу времени и больше вырабатывается теплоты. Однако форсировать топку можно лишь до определенного предела, ибо в противном случае возрастают потери от химической и механической неполноты сгорания и снижается КПД.

В таблице №6.1 представлены некоторые характеристики различных топок при сжигании разно вида топлива. Можно видеть что наибольшие тепловые напряжения (а значит и передаваемые тепловые потоки) характерны для факельных и вихревых топок.

Таблица 6.1 Характеристики топок

Класс	Тип	Топливо	Коэф-т избытка воздуха	Недожог %	Тепловое напрние топочного прострва ,Мкал/( )
Слоевые	С пневмозабросом и неподвижной решеткой	Слабоспека-ющиеся каменные угли	1,4	5,5	200-300
С цепной решеткой	Сортовой антрацит	1,5	250-400
Шахтно-цепная	Кусковой торф	1,3	250-400
Каменный уголь	1,2	1-1,5
Факельные	С горелками и сухим шлакоудале-нием	Антрацит	1,2-1,25	4,6
Мазут	1,03	0,5
Природный газ	1,1	0,5	300-400
С шахтными мельницами	Бурый уголь	1,2	0,5-1
Фрезторф	1,2	0,5-1
Факельные	С жидким шлакоудале-нием	Каменный уголь	1,2	0,5	До 800
Дробленый каменный уголь	1,1-1,2	1,5
Вихревые	С горизонталь-ными циклонами	Угрубленная угольная пыль	1,1-1,2	1,5
С предтопками ВТИ	Грубая угольная пыль	1,1-1,2	0,5	650-750

3.3 Топки для сжигания газа.

Для сжигания природного газа, мазута и пылевидного твердого топлива обычно используют камерные топки, общая принципиальная схема которой приведена на рис. 6.5.

В конструкции камерной топки можно выделить четыре основных элемента: топочную камеру, экранную поверхность, горелочное устройство и систему удаления шлака и золы.

Рис. 6.5. Принципиальная схема котла с камерной топки:

1 – обмуровка; 2 – фронтовой и потолочный экран;3 – задний и подовый экран;

4 – левый боковой экран;5 – горелка; 6 – система удаления шлака и золы;

7 – конвективная шахта – газоход; 8 – пароперегреватель;9 – водяной экономайзер; 10 – воздухоподогреватель; 11 –

Топочная камера или топочный объем – пространство, отделенное обмуровкой от окружающей среды.

Обмуровкой называют ограждения, отделяющие топочную камеру и газоходы котельного агрегата от внешней среды. Обмуровку выполняют из красного или диатомового кирпича, огнеупорного материала или из металлических щитов с огнеупорами. Внутренняя часть обмуровки в топке, или футеровка, со стороны топочных газов и шлаков, выполняется из огнеупорных материалов: шамотного кирпича, шамотобетона и других огнеупорных масс. Обмуровка и футеровка должны быть достаточно плотными, особо высокоогнеупорными, стойкими к химическому воздействию шлаков и иметь малый коэффициент теплопроводности.

Обмуровка может опираться непосредственно на фундамент, на металлические конструкции (каркас) или крепиться на трубах экранов топочной камеры и газоходов. Поэтому существует три конструкции обмуровки: массивная – имеет свой фундамент; накаркасная (облегченная) – фундамента не имеет, крепится на металлический каркас; натрубная – крепится к экранным поверхностям.

Каркас служит для крепления и поддержания всех элементов котельного агрегата (барабанов, поверхностей нагрева, трубопроводов, обмуровки, лестниц и площадок) и представляет собой металлические конструкции обычно рамного типа, соединенные с помощью сварки или закрепленные болтами на фундаменте.

Экранная радиационная поверхность нагрева выполнена из стальных труб диаметром 51…76 мм установленным с шагом 1,05…1,1. Экраны воспринимают теплоту за счет радиации и конвекции и передают ее воде или пароводяной смеси, циркулирующим по трубам. Экраны защищают обмуровку от мощных тепловых потоков.

Система удаления шлака и золы используется в камерных топках только при сжигании твердого пылевидного топлива.

Горелочные устройства устанавливаются на одной или двух противоположных (встречных) поверхностях нагрева, на поду, или в углах топки. На стенах топки котла устраивают амбразуру – отверстие в обмуровке, выложенное огнеупорным материалом, куда устанавливают воздушный регистр и горелочное устройство.

Воздушные регистры. При любом виде топлива (газообразное, жидкое или пылевидное) воздух в основном (кроме инжекционных горелок) нагнетается дутьевым вентилятором в топку через воздушные регистры или воздухонаправляющие аппараты, что обеспечивает интенсивное завихрение и выход (подачу) топливно-воздушной смеси в наиболее узком сечении амбразуры топки со скоростью 25…30 м/с.

Воздухонаправляющее устройство представляет собой лопаточный завихритель осевого типа с подвижными, поворачивающимися вокруг своей оси лопатками. Возможна и установка неподвижных профильных лопаток под углом 45…50° к потоку воздуха. Завихрение потока воздуха интенсифицирует процессы смесеобразования и горения, но при этом увеличивается сопротивление по воздушному тракту. Направляющие аппараты удобны для автоматического регулирования производительности вентиляторов и дымососов.

3.4 Основы расчета топочных камер.

При проектировании и эксплуатации теплогенератора выполняют поверочный расчет топочных устройств. При расчете топки по чертежам или конструктивным данным определяются: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих (радиационных) поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр и шаг труб).

Поверочный расчет топок производится в следующей последовательности:

1. Предварительно задаются температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры для промышленных паровых котлов эту температуру рекомендуется принимать при сжигании газа –950…1000 °С, мазута – 1000…1050 °С, а для водогрейных котлов 950…1150 °С.

3. Вычисляются коэффициенты и параметры топочной камеры:

– коэффициенты загрязнения и тепловой эффективности экранов;

– эффективная толщина излучающего слоя;

– поглощательная способность газов RO₂ и паров H₂O;

– коэффициент ослабления лучей трехатомными газами и сажистыми частицами;

– степень черноты светящейся и несветящейся части факела;

– видимое тепловое напряжение топочного объема;

– эффективная степень черноты факела и степень черноты топки;

– полезное тепловыделение в топке;

– теоретическая (адиабатическая) температура горения, которую могли бы иметь продукты сгорания, если бы в топке отсутствовал теплообмен с экранными поверхностями обмена;

– средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания;

– параметр М, зависящий от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки: для котлов ДКВР, КВ-ГМ, ДЕ.

4. Вычисляется действительная температура дымовых топочных газов на выходе из топки.

5. Полученная температура на выходе из топки сравнивается с температурой, принятой ранее. Если расхождение между полученной действительной температурой на выходе из топки и ранее принятой на выходе из топки не превысит ±50 °С, то расчет считается оконченным. В противном случае задаются новым, уточненным значением температуры на выходе из топки, и весь расчет повторяется.

3.5 Теплопередача в топке.

В топках современных котельных агрегатов большое значение имеет теплоотдача излучением. Особенно это относится к факельным и вихревым топкам, так как из·за меньших значений коэффициента избытка воздуха температура дымовых газов в этих топках оказывается значительно более высокой, чем в слоевых. В факельных и вихревых топках излучением передается до 40% и больше тепла, выделяемого топливом, что во многом определяет характерный профиль топки, отличающийся развитым экранированием.

При горении топлива в слое излучает как пламя, развивающееся в топочном пространстве, так и горящий кокс, лежащий на колосниковой решетке. При этом в пламени излучают горящие летучие вещества, выделившиеся из топлива, и образовавшиеся трехатомные газообразные продукты сгорания – углекислота и сернистый ангидрид, а также водяные пары.

При горении пылевидного топлива в факеле излучают те же компоненты, но характер излучения несколько меняется. Выделившиеся летучие сгорают не в сплошном потоке, как при слоевом сжигании, а вокруг отдельных центров – горящих частиц топлива; в результате излучает не сплошной поток пламени, а очень большое число центров его. Затем при сжигании пылевидного топлива излучает не сплошной слой относительно крупных кусков кокса, лежащих на решетке, а очень тонкие частицы кокса, сравнительно равномерно распределенные в факеле.

При горениив факеле распыленного жидкого топлива принципиальные особенности излучения остаются такими же, как и при горении пылевидного топлива, с тем отличием, что излучение центров пламени становится доминирующим, а излучение частиц почти отсутствует.

При горении газообразного топлива излучают горящий газ и трехатомные продукты сгорания и только при горении запыленных газов к этому добавляется еще излучение некоторого количества находящихся в них раскаленных твердых частиц.

Интенсивности излучения компонентов факела и слоя различны. Наиболее интенсивно излучает пламя горящих летучих веществ, выделяющихся при горении твердого и жидкого топлив. По внешнему виду это пламя отличается плотностью и ярким белым или желтым цветом. Значительно менее интенсивным является излучение горящего кокса и раскаленных частиц золы и еще более слабым оказывается излучение трехатомных газообразных продуктов сгорания. Двухатомные газы тепла практически не излучают.

Интенсивность излучения пламени горящего газообразного топлива сильно зависит от состава топлива и условий ведения процесса горения. Газы, не содержащие углеводородов (генераторный, доменный, водород) горят почти бесцветным пламенем. Интенсивность излучения пламени газов, содержащих углеводороды, колеблется в широких пределах и определяется совершенством перемешивания горящего топлива с воздухом. Углеводороды под влиянием высокой температуры расщепляются в пламени, образуя молекулы с более высоким содержанием углерода и частицы чистого углерода, которые светятся и излучают много тепла. Если при этом горящие газы плохо перемешаны с воздухом, то возникшие высокоуглеродистые соединения и частицы чистого углерода не могут быстро сгореть из·за недостатка кислорода; накапливаясь в пламени, они усиливают интенсивность излучения. Наоборот, при хорошем смешении горящих газов с воздухом высокоуглеродистые соединения и частицы углерода быстро сгорают; поэтому количество их в пламени становится незначительным, а излучательная способность пламени резко снижается.

Таким образом, в зависимости от рода и вида сжигаемого топлива интенсивность излучения пламени может изменяться от очень сильной до очень слабой.

3.6 Теоретическая температура горения.

Тепло в топке от продуктов сгорания к воде котла передается через лучевоспринимающую поверхность нагрева, которая складывается из лучевоспринимающих поверхностей первого газохода и экранов.

Первая поверхность – поверхность труб конвективного пучка, пересекающих газовое окно, через которое проходят продукты сгорания, когда они из топки направляются в первый газоход.

Экранами называются ряды труб, покрывающие стенки топки. Обычно экраны выполняются однорядными, бывают и двухрядные Если один или два ряда труб пересекают топочное пространство, то их называют двухсветным экраном.

Практически ее не удается достигнуть из-за влияния отдачи тепла излучением и в окружающую среду, а также возможной диссоциации продуктов сгорания (CO₂ и H₂O) при высокой температуре.

Уравнение баланса энергии для 1 кг топлива до процесса горения и после него, ккал/кг, имеет следующий вид

где – теоретический объем воздуха, м 3 /кг;

q₃ – потери теплоты от химической неполноты сгорания;

q₆ – потери теплоты с физическим теплом удаляемых из топки золы и шлаков и от охлаждения панелей и балок, не включенных в циркуляцию котла;

I_вз – тепло, вносимое в топку с воздухом, ккал/кг;

i_тл – физическое тепло топлива, ккал/кг;

Q_ф – тепло, вносимое в котельный агрегат с форсуночным паром при паровом распыливании мазута, ккал/кг;

– объемы соответственно трехатомных и двухатомных газов и водяных паров, м 3 /кг;

– объемы соответственно трехатомных и двухатомных газов и водяных паров, ккал/м 3 ·°С;

3.7 Температура на входе в первый газоход. Определение количества тепла, переданного в топке.

В топке процесс передачи тепла к поверхностям нагрева происходит в основном за счет лучеиспускания от факела и продуктов сгорания, а в слоевых топках – еще и от накаленного слоя горящего топлива. Из топки продукты сгорания поступают в газоходы котла, в которых тепло от продуктов сгорания к поверхностям нагрева передается в основном за счет конвекции, т. е. за счет непосредственного соприкосновения.

Как известно, интенсивность процесса передачи тепла характеризуется коэффициентом теплопередачи, т. е. количеством тепла в ккал/ч, передаваемого через 1 м 2 поверхности нагрева при разности температур между теплоносителями в 1°.

По закону Стефана–Больцмана количество тепла, переданного лучеиспусканием, зависит от четвертой степени средней абсолютной температуры в топке. Коэффициент теплопередачи при этом может достигать 300 ккал/м 2 ·ч·град, в то время как в газоходах котла коэффициент теплопередачи характеризуется величинами порядка 25 ккал/м 2 ·ч·град. Эти показатели достаточно характеризуют огромное значение передачи тепла в топке, поэтому при конструировании следует так компоновать в одно целое котел и топку, чтобы передача тепла в топке достигала максимальных величин. Эту задачу конструктивно можно решить, если довести до максимума размеры лучевоспринимающих поверхностей в топке.

Развивать до максимума лучистые поверхности целесообразно еще и потому, что у них отсутствует газовое сопротивление.

Количество тепла, переданного в топке за счет лучеиспускания, ккал/кг, определяется уравнением:

Считая, что потеря тепла каждым газоходом, включая топку, пропорциональна его тепловой нагрузке, можно вынести этот коэффициент как множитель, отнесенный к сумме тепловой нагрузки всех газоходов. В таком случае можно составить равенство

где Q₁ – полезное тепло, ккал/кг;

Q₅ – потери тепла от наружного охлаждения, ккал/кг.

Абсолютная температура на выходе из топки, т.е. на входе в первый газоход, определяется из формулы

где T_а – абсолютная теоретическая температура горения;

B_o – критерий Больцмана;

a_m – степень черноты топки.

Расчетный коэффициент M зависит от относительной высоты положения максимума температуры топочных газов X . Он учитывает также полноту тепловыделения при сжигании твердого топлива в слое, а при сжигании газа или мазута в зоне амбразур горелок или форсунок.

Лекция №7 (2 часа)

Тема: «Тяга и дутье»

1 Вопросы лекции:

1.1 Общие сведения.

1.2 Аэродинамические сопротивления и cамотяга.

1.3 Дымососы и вентиляторы.

1.4 Выбор тягодутьевых машин.

1.5 Дымовые трубы.

2.1.1 Амерханов Р.А., Бессараб А.С., Драгонов Б.Х., Рудобашта С.П., Шмшко Г.Г. Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства/ Под ред. Б.Х. Драганова. – М.: Колос-Пресс, 2002. – 424 с.: ил. – (Учебники и учебные пособия для студентов высш. учеб. заведений).

2.1.2 Фокин В.М. Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2006. 240 с.

2.2.1 Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация. – 2-е изд., испр. М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 423 с.

2.2.2 Белоусов В.Н., Смородин С.Н., Смирнова О.С. Топливо и теория горения. Ч.I. Топливо: учебное пособие/ СПбГТУРП. – СПб., 2011. -84 с.: ил.15.

2.2.3 Зах, Р.Г. Котельные установки. – М.: Энергия, 1968. – 352 с.

2.2.4 Щеголев, М.М. Котельные установки : учебник для вузов / М.М. Щеголев, Ю.Л. Гусев, М.С. Иванова. – М.: Стройиздат, 1972. – 384 с.

2.2.5. Эстеркин, Р.И. Промышленные парогенерирующие установки. – Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. – 400 с.

3 Краткое содержание вопросов

3.1 Общие сведения.

Для организации процесса горения в топку парогенератора и водогрейного котла необходимо подавать воздух и удалять образующиеся продукты сгорания. Подача воздуха и удаление продуктов сгорания могут быть осуществлены двумя способами: созданием в топке и газоходах разрежения,т. е. давления, меньшего чем давление окружающего воздуха,и избыточного давления по отношению к окружающему воздуху.

Парогенераторы, работающие с разрежением в газовом тракте, могут иметь тягу и подачу воздуха естественную и искусственную. Под естественной тягой понимают такую, при которой разрежение в топке и газоходах парогенератора создается дымовой трубой и вследствие этого под действием разности давлений (окружающего воздуха и продуктов сгорания) в топку поступает воздух, необходимый для горения. При искусственной тяге разрежение в топке и газоходах парогенератора создается за счет работы дымососа, а подача воздуха производится вентилятором.

Строй-справка.ру

В топочных устройствах котлоагрегатов происходят непрерывный процесс сжигания топлива (и преобразования, таким образом, химической энергии топлива в тепловую энергию образующихся газообразных продуктов сгорания) и процесс передачи тепла излучением к лучевоспринимающей поверхности, расположенной в топке.

В зависимости от расположения топки по отношению к паровому котлу различают внутренние, нижние и выносные топки.

Внутренними топками называются топочные устройства, полностью или почти полностью окруженные поверхностью нагрева, воспринимающей значительные количества лучистой теплоты. Такие топки устраивают в жаротрубных, локомобильных, паровозных и прямоточных котлах. Во внутренних топках можно успешно сжигать высококалорийное топливо, например мазут, природный, попутный и другие газы.

Нижними топками называются топочные устройства, расположенные под котлами, главным образом под горизонтально- и вертикально-водотрубными. В этих топках можно сжигать топливо всех видов, за исключением очень влажных.

Выносные топки обычно выкладывают впереди котла; они применяются в основном для сжигания твердых топлив с большой влажностью (дрова, торф и др.).

По способу сжигания топлива различают:
1) слоевые топки — для сжигания кускового твердого топлива в слое;
2) камерные топки — для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлив в топочном объеме.

Читайте также: