Способы сжигания твердого топлива на энергетических котлах. Способы сжигания топлива. Топки. Методы сжигания газа

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.

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% всœей 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% всœех 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 окислителœем.

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 вагоноопрокидывателœей.

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.

Горение топлива представляет собой химический про­цесс соединения его горючих элементов с кислородом воздуха, протекающий при высокой температуре и со­провождающийся выделением значительного количества теплоты. В зависимости от вида топлива раз­личают гомогенное, гетерогенное горение и пульсирующее (ПУЛЬСАР). Гомогенное горение происходит в объеме (в массе), при этом топливо и окислитель находятся в одинаковом агрегатном со­стоянии (например, газообразное топливо и воздух). Гетерогенное горение протекает на поверхности раздела двух фаз, то есть при горении твердого и жидкого топ­лива. Различают два способа горения: в слое кускового топлива и в факеле пылевидного топлива (слоевой и факельный способы сжигания). Газообразное и жидкое топливо сжигают только в факеле. Способ подвода воздуха к топливу имеет существен­ное значение при сжигании его в факеле. Полное время сгорания т определяется временем смесеобразования tд и временем проте­кания химических реакций горения tк. Поскольку возможно наложение этих стадий процессов, полное время сгорания t = tд+tк.

Устройство, предназначенное для сжигания топлива, называется топкой . Классификация: по способу сжигания топлива - слоевые, камерные (факельные) и циклонные; в слое сжигают только твер­дое топливо, а в остальных случаях - твердое, жидкое и газообразное; по режиму подачи топлива - с периодической и не­прерывной подачей; по взаимосвязи с котлом - внутренние, т. е. находя­щиеся внутри котла, выносные, устраиваемые вне обо­греваемой поверхности котла; по способу подачи топлива и организации обслужи­вания - ручные, полумеханические и механические. Топки для слоевого сжигания топлива могут быть следующих раз­новидностей: а) топки с неподвижной колосниковой ре­шеткой и неподвижно лежащим на ней слоем топлива; б) топки с неподвижной колосниковой решеткой и слоем топлива, перемещающимся на ней; в) топки с движущейся колосниковой решеткой, перемещающей лежащий на ней слой топ­лива. Ручная топка с горизонтальной неподвижной колос­никовой решеткой позволяет сжигать все виды твердого топлива при ручном обслуживании операций загрузки, шурования и удаления шлака, при­меняется в котлах паропроизводительностью 1-2 т/ч. Топки с шурующей планкой: при ходе вперед пе­ремещает топливо из загрузочного бункерав глубь топки и сбрасывает с решетки шлак, а при обратном хо­де ворошит слой топлива.а - ручная с горизонтальной колосниковой решеткой; б - топка с забрасыва­телем на неподвижный слой; в - топка с шурующей планкой; г - топка с наклонной колосниковой решеткой; д - топка системы Померанцева; е - топ­ка с цепной механической решеткой; ж - то же обратного хода и забрасыва­телем; з - камерная топка для пылевидного топлива; к - топка для сжига­ния жидкого и газообразного топливаТопки с наклонной колосниковой решеткой . В них топливо загружается в топку сверху, по мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки, создавая возможность для поступления в топку новых порций топлива (2,5-20 т/ч). Скоростные шахтные топки системы В. В. Померан­цева применяются для сжигания куско­вого торфа под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч. Топки с движущейся колосниковой решеткой . К ним относятся топки с механической цепной решеткой пря­мого и обратного хода. Цепная решетка прямого хода движется от передней стенки топки к задней, при этом топливо самотеком по­ступает на колосниковую решетку. (10-150 т/ч). В камерных топках топли­во сжи­гается в виде угольной пыли. Его подают в смеси с воздухом в топку, где оно сгорает во взвешенном состоянии. Камерные топки для жидкого и газообразного топлива. Применяют прямоточные и вихревые го­релки. Работа топок характеризуется следующими показа­телями: тепловой мощностью, тепловыми нагрузками ко­лосниковой решетки и топочного объема, коэффициен­том полезного действия.

5.1. Способы сжигания твердого топлива

5.2. Сжигание жидких топлив

5.2.1. Качество мазута.

5.2.2. Проблемы подготовки мазута к сжиганию

5.2.3. Проблемы при использовании мазута на котельных и ТЭЦ

5.3. Сжигание газообразных топлив

5.3.1. Подготовка газа

5.3.2. Особенности процесса горения природного газа

5.3.3. Сжигание газообразного топлива

5.3.4. Газовые горелки

5.4. Комбинированные горелки

5.5. Приборы контроля пламени

5.6. Газоанализаторы

5.7. Примеры газовых горелок

5.7.1. БК-2595ПС

5.7.3.БИГ-2-14

5.8. Удаление продуктов горения.

5.1. Способы сжигания твердого топлива

Способы сжигания. Топочное устройство, или топка, являет­ся основным элементом котельного агрегата или огневой промышленной печи и служит для сжигания топлива наиболее эко­номичным способом и превращения его химической энергия в тепло. В топке происходят горение топлива, передача части теп­лоты продуктов сгорания поверхностям нагрева, находящимся в зоне горения, а также улавливание некоторого количества очаговых остатков (золы, шлака). В современных котельных агрега­тах и печах до 50 % теплоты, выделенной в топке, передается поверхностям нагрева излучением. В топочной технике обычно используют следующие основные способы сжигания твердого топлива: слоевой, факельный (камер­ный), вихревой и сжигание в кипящем слое (рис. 5.5). Каждый из этих способов имеет свои особенности, касающиеся основных прин­ципов организации аэродинамических процессов, протекающих в топочной камере. Для сжигания жидких и газообразных топлив применяется только факельный (камерный) способ сжигания.

Слоевой способ. Процесс сжигания этим способом осуществляют в слоевых топках

(см. рис. 5.5а ), имеющих разнообразные конструкции. Слоевой процесс горения характерен тем, что в нем поток воздуха встречает при своем движении неподвижный или медленно движущийся слой топлива и, взаимодействуя с ним, превращается в поток топочных газов.

Важной особенностью слоевых топок является наличие запаса топлива на решетке, увязанного с его часовым расходом, что по­зволяет осуществлять первичное регулирование мощности топки только изменением количества подаваемого воздуха. Запас топли­ва на решетке обеспечивает также определенную устойчивость процесса горения.

В условиях современной топочной техники слоевой способ сжигания топлива является устаревшим, так как его различные схемы и варианты непригодны или трудно приспосабливаемы к крупным энергетическим установкам. Однако слоевые методы сжига­ния твердого топлива еще длительное время будут применяться в котельных малой и средней энергетики.

На рис. 5.6 6 показаны принципиальные схемы слоевых топок. При слоевом способе сжигания необходимый для горения воздух пода­ется из зольника 1 к слою топлива 3 через свободное сечение ко­лосниковой решетки 2. В топочной камере 4 над слоем горят газооб­разные продукты термического разложения топлива и вынесенные из слоя мелкие частицы топлива. Продукты сгорания вместе с из­быточным воздухом из топки поступают в газоходы котла.

Слоевые топки получили широкое применение в котлах малой и средней мощности. Они разделяются по нескольким классифи­кационным признакам. В зависимости от способа обслуживания бывают топки с ручным обслуживанием (см. рис. 5.6, а), немехани­зированные, полумеханизированные (см. рис. 5.6, б, в) и механизи­рованные (см. рис. 5.6, г, д). Представленные на рис. 5.6 слоевые топки могут быть разделены на три группы

Рис. 5.5. Способы сжигания твердого топлива

а – в плотном слое; б – в пылевидном состоянии; в – в циклонной топке; г – в кипящем слое.

1. Топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно л ежашим на ней плотным, фильтрующимся воздухом, слоем топл ива (см. рис. 5.6, а, в). При возрастании скорости воздуха, Исходящего через слой топлива, последний может стать «кипящим», т. е. частицы его приобретают возвратно-поступательное перещение вверх-вниз до полного сгорания. Такой слой топлива горит более интенсивно вследствие увеличения контактной по­верхности с воздухом (окислителем топлива), что улучшает ее теплопроизводительность. Процесс горения более эффективен при фракционировании топлива по размерам его кусочков.

Топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемеща­ ющимся по ней слоем топлива (см. рис. 5.6, б, г).

Топки с движущимся вместе с колосниковой решеткой сло ем топлива (см. рис. 5.6, д).

Простейшая слоевая топка с неподвижной колосниковой ре­шеткой и ручным обслуживанием (см. рис. 5.6, а) применяется для сжигания всех видов твердого топлива. Такими топками оборудуют котлы лишь очень малой паропроизводительности - 0,275...0,55 кг/с (1... 2 т/ч).

В топке с неподвижной наклонной колосниковой решеткой (см. рис. 5.6, б) топливо по мере сгорания движется по решетке под действием силы тяжести. Эти топки применяют для сжигания влажных топлив (древесных отходов, кускового торфа) под кот­лами паропроизводительностью 0,7... 1,8 кг/с (2,5...6,5 т/ч).

В полумеханизированной топке (см. рис. 5.6, в), подача топлива на неподвижную колосниковую решетку осуществляется с помо­щью забрасывателя 5. В этих топках сжигают каменные и бурые угли, сортированный антрацит под котлами паропроизводитель­ностью 0,55...2,8 кг/с (2... 10 т/ч).

Простейшей механизированной топкой является топка с шу­рующей планкой (см. рис. 5.6, г). Она состоит из неподвижной лосниковой решетки, по всей ширине которой скользит план­ка б клиновидного сечения. Планка совершает возвратно-посту­пательные перемещения с помощью специального устройства. При­меняют эти топки для сжигания бурых углей под котлами паро­производительностью до 2,8 кг/с (10 т/ч).

Наиболее распространенным типом механизированной сло­евой топки является топка с цепной механической решеткой (см. рис. 5.6, д). Цепная механическая решетка выполняется в виде бесконечного колосникового полотна, движущегося вместе с лежащим на нем слоем горящего топлива. Каждая новая порция топлива, поступающая на решетку, движется вслед за слоем топлива. Скорость движения решетки можно изменять в зависимо­сти от расхода топлива (режима работы котла) от 2 до 16 м/ч.Эти топки применяют для сжигания сортированного антрацита и неспекающихся углей с умеренной влажностью и зольностью и выходом летучих веществ У т = 10...25 %. Существующие модификации топок с цепными решетками позволяют применять их для сжигания и других топлив. Топки с цепными решетками устанавлиавают под котлами паропроизводительностью 3...10 кг/с (10,5...35 т/ч) и выше.

Факельный способ. В отличие от слоевого этот процесс (См рис. 5.5, б) характеризуется непрерывностью движения в топочном пространстве частичек топлива вместе с потоком воздуха и продуктов сгорания, в котором они находятся во взвешенном состоянии.

Для обеспечения устойчивости и однородности горящего фа­кела, а следовательно, и газовоздушного потока с взвешенным в нем топливом частички твердого топлива размалываются до пылевидного состояния, до размеров, измеряемых микронами (от 60 до 90 % всех частиц имеют размер менее 90 мкм). Жидкое топливо предварительно распыливается в форсунках в очень мел­кие капли, чтобы капельки не выпадали из потока и успевали полностью сгореть за короткое время нахождения в топке. Газо­образное топливо подается в топку через горелки и не требует I особой предварительной подготовки.

Особенностью факельных топок является незначительный за­пас топлива в топочной камере, отчего процесс горения неустой­чив и весьма чувствителен к изменению режима. Регулировать мощ­ность топки можно, лишь одновременно изменяя подачу в топоч­ную камеру топлива и воздуха. При факельном сжигании (рис. 5.7 твёрдое топливо предварительно размельчается в системе пылеприготовления и в виде пыли вдува­ется в топку, где оно сгорает во взвешенном состоянии. Размол топлива резко увеличивает повер­хность его реагирования, что спо­собствует лучшему сгоранию.

Основными достоинствами пы­левидного способа сжигания явля­ются возможность создания мощных топок и возможность эконо­мичного и надежного сжигания зольных, влажных и отбросных топлив под котлами разных мощностей.

К недостаткам этого способа можно отнести высокую стоимость оборудования системы пылеприготовления, расход электроэнергии на размол, более низкие удельные тепловые нагрузки камеры горения (примерно вдвое), чем при слоевых топках, что заметно увеличивает объемы топочных пространств.

Пылеприготовление из кускового топлива состоит из следующих операций:

удаление из топлива металлических предметов при помощи магнитных сепараторов;

дробление крупных кусков топлива в дробилках;

сушка и размол топлива в специальных мельницах.

При рабочей влаге W Р < 20 % сушка топлива производится в мельнице одновременно с процессом размола, для чего в мельницу подается горячий воздух из воздухоподогревателя котла. Тем­пература воздуха доходит до 400 °С, и он одновременно служит для выноса пыли из мельницы.

При размоле топлива образуются пылинки размером 0...500 мк. Основной характеристикой пыли является тонкость ее помола, ко­торая по ГОСТ 3584-53 характеризуется остатком на ситах с ячей­ками 90 и 200 мк, обозначаемые R 90 и R 2 оо. Так, R 90 = 10 % означает, что на сите с размером ячеек 90 мк осталось 10 % пыли, а вся остальная пыль прошла через сито.

Оптимальная тонкость помола (тонина) определяется суммар­ным фактором: минимальным расходом электроэнергии на помол топлива и потерями от механического недожога. Тонкость помола зависит от реакционной способности топлива, характеризуемой в основном выходом летучих веществ. Чем выше содержание в топливе ле­тучих веществ, тем грубее помол.

Размольные свойства топлива ха­рактеризуются коэффициентом размолоспособности, (для антрацита Кло = 1; для тощего угля К ло = 1,6; Для подмосковного бурого угля Кл 0 = 1,75).

Широкое распространение получили индивидуальная схема пыле­приготовления и схема пылеприготовления с промежуточным бункером- На рис. 5.8 показана схема индвиидуального пылеприготовления, которой пыль из мельницы непосредственно поступает в топку. В этой схеме из бункера сырого угля 4 топливо подается на автоматические весы 3, а затем в питатель 2. Отсю­да топливо направляется в шаровую барабанную мельницу (ШБМ) , где оно размалывается и подсушивается, для чего в барабан мель­ницы вдувается горячий воздух. Из мельницы пыль выносится в се­паратор 5, где готовая пыль отделяется от грубых фракций, которые возвращаются в мельницу. Готовая пыль из сепаратора нагнетается мельничным вентилятором б через горелки 7 в топочное простран­ство котла. Производительность мельницы регулируется изменением подачи топлива питателем с одновременным изменением числа обо­ротов мельничного вентилятора.

Основными недостатками этой схемы являются отсутствие за­паса пыли, что снижает надежность работы котла, и сильный из­нос мельничного вентилятора, через который пропускается вся угольная пыль.

На рис. 5.9 дана схема пылеприготовления с промежуточным бункером. Отличие ее состоит в том, что за сепаратором ставится циклон 6, в который и направляется готовая пыль. В циклоне 90...95% пыли отделяется от воздуха и осаждается, а затем на­правляется в промежуточный бункер 9. Пыль из циклона в бункер спускается через клапаны (мигалки) 8, которые открываются при давлении на них определенной порции пыли. Воздух с остат­ком тонкой пыли отсасывается из циклона мельничным вентилятором 12 и нагнетается в трубопровод первичного воздуха, куда в свою очередь поступает пыль из промежуточного бункера с помо­щью шнековых или лопастных пылепитателей 10. Схема пылеприготовления с промежуточным бункером, как наиболее гибкая и надежная, получила наиболее широкое распространение.

Для размола топлива применяют мельницы различных типов. Выбор типа мельницы зависит от размольных характеристик топлива, выхода летучих веществ и влажности топлива. Различают мельницы тихоходные и быстроходные.

Для размола антрацита и каменных углей с небольшим выхо­дом летучих веществ, сжигаемых котлоагрегатами средней и большой паропроизводительности, применяют тихоходные ша­ровые барабанные мельницы (ШБМ).(Рис.5.10). Основными достоинствами барабанной мельницы являются хорошая регулируемостьтонкости помола, и надежность помола. К недостаткам этих мельниц следует отнести: громозкость, высокую стоимость, повышенный удельный расход электроэнергии, значительный шум, сопровождающий работу мельницы.

Быстроходные мельницы применяют двух типов: молотковые и мельницы-вентиляторы.

Молотковые мельницы с аксиальным (ММА) или тангенциальным (ММТ) подводом сушильного агента применяют для размола бурых углей, сланцев, фрезерного торфа и каменных углей с выходом летучих веществ V г > 30 %. Устанавливают их с котлоагрегатами производительностью свыше 5 кг/с (рис.5.11).К достоинствам молотковой мельницы следует отнести ее ком­пактность, простоту эксплуатации и небольшой удель­ный расход электроэнергии. Основным недостатком этих мельниц является быстрый износ бил, вызывающий за­метное снижение производи­тельности мельницы.

Мельница-вентилятор (МБ) предназначена для размола, главным образом, высоковлажных бурых углей и фрезерного торфа. Применяют топки с МВ в котлоагрегатах средней произ­водительности. Мелющим органом МВ является массивная крыль­чатка 1 (рис. 5.12) с частотой вращения 380... 1470 об/мин, рас­положенная в бронированном корпусе 6.

В ихревой способ. В рассмотренных факельных топках частицы топлива сгорают в объеме топки на лету. Длительность пребыва­ния их в топочном пространстве не превышает времени "пребыва­ния продуктов сгорания в топке и составляет 1,5... 3 с. В циклон­ных топках, которые предназначены для сжигания мелкодробле­ного топлива и грубой пыли, крупные частицы угля находятся во взвешенном состоянии столько времени, сколько это необходи­мо для полного выгорания их независимо от длительности пребы­вания продуктов сгорания в топке.

В них сжигают достаточно мелкие частицы угля (обычно мельче 5 мм), а необходимый для горения воздух подают с огромными (до 100 м/с) скоростями по касательной к образующей циклона-В топке создается мощный вихрь, вовлекающий частицы в циркуляционное движение, в котором они интенсивно обдуваются потоком (см. рис. 5.5, в).

Значительная удельная поверхность мелких частиц, большие зна­чения коэффициентов массоотдачи между потоком и частицами высокие концентрации горючего в камере обеспечивают получение больших теплонапряжений объема топки (q= 0,65... 1,3 МВт/м 3 при a= 1,05... 1,1), в результате чего в топке развиваются температуры, близкие к адиабатным (до 2000 °С). Зола угля плавится, жидкий шлак, стекая по стенкам, тормозит движение частиц, налипающих на его поверхность, что еще больше увеличивает скорость их омывания потоком, а значит и коэффициент массоотдачи.

Поскольку центробежный эффект уменьшается с увеличением радиуса циклона, диаметр последнего обычно не превышает 2 м, что позволяет получить тепловую мощность 40...60 МВт.

В нашей стране применяются в основном технологические цик­лонные топочные камеры, например для сжигания серы (в целях получения SО 2 - сырья для производства Н 2 SО 4 ; при этом ис­пользуется и теплота горения), для плавления и обжига руд и нерудных материалов (например фосфоритов) и т.д. В последнее время в циклонных топках осуществляют огневое обезвреживание сточных вод, т. е. выжигание содержащихся в них вредных приме­сей за счет подачи дополнительного (обычно газообразного или жидкого) топлива.

В топочных камерах, в которых топливо сгорает при высоких температурах, образуется большое количество крайне токсичных оксидов азота. Предельно допустимая концентрация (ПДК) N0, безопасная для здоровья людей, в воздухе населенных пунктов составляет 0,08 мг/м 3 .

Поскольку образование оксидов азота существенно уменьша­ется при снижении температуры, в последние годы энергетики проявляют все больший интерес к так называемому низкотемпе­ратурному (в отличие от высокотемпературного - с температу­рой 1100°С и выше) сжиганию в псевдоожиженном слое, когда устойчивое и полное горение каменных и бурых углей удается обеспечить при 750...950 "С.

Сжигание в кипящем слое. Слой мелкозернистого материала, продуваемый снизу вверх воздухом со скоростью, превышающей предел устойчивости плотного слоя, но недостаточной для выно­са частиц из слоя, создает циркуляцию. Интенсивная циркуляция частиц в ограниченном объеме камеры создает впечатление бурно кипящей жидкости. Значительная часть воздуха проходит через такой слой в виде пузырей, сильно перемешивающих мелкозернистый материал, что еще больше усиливает сходство с кипящей жидкостью и объясняет происхождение названия.

Способ сжигания в псевдосжиженном (кипящем) слое (см. рис. 5.5, г) является в определенном смысле промежуточным между слоевым и камерным. Его преимуществом является возможность сжигания относительно мелких кусочков топлива (обычно мельче 5... 10 мм) при скорости воздуха 0,1...0,5 м/с.

Топки с кипящим слоем широко используются в промышленности для сжигания колчеданов в целях получения SО 2 , обжига различных руд и их концентратов (цинковых, медных, никелевых, золотосодержащих) и т. д.

1 ВИДЫ ТОПЛИВА

Твёрдое топливо - горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. К твердому топливу относят каменный уголь и бурые угли, горючие сланцы, торф и древесину. Свойства топлива в значительной степени определяются его химическим составом - содержанием углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Одинаковые количества топлива дают при сжигании различное количество теплоты. Поэтому для оценки качества топлива определяют его теплотворную способность, то есть наибольшее количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива (наибольшая теплотворная способность у каменного угля). В основном твёрдое топливо применяют для получения теплоты и других видов энергии, которые затрачиваются на получение механической работы. Кроме того, из твёрдого топлива при его соответствующей обработке (перегонке) можно получить более 300 различных химических соединений, большое значение имеет переработка бурого угля в ценные виды жидкого топлива - бензин и керосин.

Брикеты

Брикеты - это твердое топливо, образованное в процессе сжатия отходов процесса деревообработки (стружка, щепки, древесная пыль) а также хозяйственные отходы (солома, шелуха), торфа.

Топливные брикеты удобны для хранения, при изготовлении не используются вредные связующие вещества, потому данный вид топлива экологически чист. При горении не искрят, не выделяют чадного газа, горят равномерно и плавно, чем обеспечивают достаточно долгий процесс сгорания в камере котла. Помимо твердотопливных котлов используются в домашних каминах и для приготовления пищи(на гриле например).

Существует основных 3 вида брикетов:

1. RUF -брикеты. Формированные “кирпичики” прямоугольной формы.

2. NESTRO -брикеты. Цилиндрической формы, также могут быть с отверстиями внутри (кольца).

3. Р ini &Кау - брикеты. Граненые брикеты (4,6,8 граней).

Преимущества топливных брикетов:

Экологически чисты.

Долгое и удобное хранение. Благодаря термической обработке не подвержены воздействию грибков. А благодаря формированию удобно используются.

Долгое и ровное горение обусловлено высокой степенью плотности брикетов.

Высокая теплотворность. Почти в два раза выше чем у обычных дров.

Постоянная температура горения. За счёт равномерной плотности.

Экономически выгодны.

Минимальное количество золы после горения: 1-3%

Пеллеты или топливные гранулы.

По сути тот же принцип производства что и у брикетов. В качестве связующего вещества используется лигнин (растительный полимер).

Материалы те же что и у брикетов: кора, стружка, солома, картон. Сначала сырьё измельчается до состояния пыльцы, затем, после сушки, специальный гранулятор формирует из массы гранулы специальной формы. Используется в пеллетных котлах отопления. Цены на твёрдое топливо данного вида самые высокие - это обосновано сложностью производства и популярностью у покупателей.

Различают следующие виды данного твердого топлива:

Переработка кругляка твердых и мягких пород деревьев в пеллеты.

Торфяные пеллет

Пеллеты полученные в результате переработки подсолнечной шелухи.

Пеллеты из соломы

Преимущества пеллет:

Экологически чисты.

Хранение. Пеллеты благодаря особой технологий производства могут храниться прямо под открытым небом. Они не разбухают, не покрываются грибком.

Долгое и ровное горение.

Низкая стоимость.

Благодаря мелкой форме, пеллеты подходят для котлов с автоматической загрузкой.

Широкий спектр применения(котлы, печи, камины)

Дрова

Деревянные куски, предназначенные для получения тепла путём сжигания в котлах для отопление на твердом топливе, топках предусмотренных для дров. Для удобства длина поленьев чаще всего 25-30 см. Для наиболее эффективного использования" необходим максимально низкий уровень влаги. Для отопления необходимо как можно более медленное сгорание. Также помимо отопления, дрова могут использоваться например в бойлерах для твёрдого топлива. Лучше всего по этим параметрам подходят лиственные породы: дуб, ясень, лещина, боярышник, берёза. Хуже - хвойные дрова, так как способствуют отложению смолы и имеют низкую теплотворность, при этом быстро прогорают.

Дрова представлены двумя видами:

Пиленные.

Колотые.

2 СОСТАВ ТОПЛИВА

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет. Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения? На определённой стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф - исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь. Под давлением наслоений осадков толщиной в 1 километр из 20- метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-и метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра. В результатах движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счет эрозии или самовозгорания, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.

Бурые угли. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое количество летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.

Каменные угли. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.

Антрациты. Почти целиком (96 %) состоят из углерода. Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля и в виде окислов НО х . Они относятся к вредным составляющим продуктов сгорания, количество которых должно лимитироваться.

Сера - содержится в твердом топливе в виде органических соединений SO и колчедана S x их объединяют в летучую серу S л . Еще сера входит в состав топлива в виде сернистых солей - сульфатов - не способных гореть. Сульфатную серу принято относить к золе топлива. Присутствие серы значительно снижает качество твердого топлива, так как сернистые газы SO 2 и SO 3 соединяясь с водой образуют серную кислоту - которая в свою очередь разрушает метал котла, и попадая в атмосферу вредит окружающей среде. Именно по этой причине содержание серы в топливе - не только в твердом - крайне нежелательно.

Зола - топлива представляет собой балластную смесь различных минеральных веществ, остающихся после полного сгорания всей горючей части города. Зола непосредственно влияет на качество сгорания топлива - уменьшает эффективность горения.

Вопросы:

1. Назовите основные виды твердого топлива?

2. Что такое зола?

3 ПРИМЕНЕНИЕ ТОПЛИВА

Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Очень перспективным является сжижение (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1 тонны нефти расходуется 2-3 тонны каменного угля, некоторые страны практически полностью обеспечивали себя топливом за счёт этой технологии. Из каменных углей получают искусственный графит.

От каменного угля бурый уголь внешне отличается цветом черты на фарфоровой пластике - она всегда бурая. Самое важное отличие от каменного угля заключается в меньшем содержании углерода и значительно большем содержании битуминозных летучих веществ и воды. Этим и объясняется, почему бурый уголь легче горит, даёт больше дыма, запах, а также и вышеупомянутую реакцию с едким калием и выделяет мало тепла. Из-за высокого содержания воды для сжигании его применяют в порошке,в который он неминуемо превращается при сушке. Содержание азота значительно уступает каменным углям, но повышенное содержание серы.

Применение бурого угля - как топливо, бурый уголь во многих странах употребляется значительно меньше, чем каменный уголь, однако из-за низкой стоимости в мелких и частных котельных он более популярен и занимает иногда до 80%. Применяется для пылевидного сжигания (при хранении бурый уголь высыхает и рассыпается), а иногда и целиком. На небольших провинциальных ТЭЦ он также нередко сжигается для получения тепла.Однако в Греции и особенно в Германии бурый уголь используется в паровых электростанциях вырабатывая, до 50% электроэнергии в Греции и 24,6 % в Германии. С большой скоростью распространяется получение жидких углеводородных топлив из бурого угля перегонкой. После перегонки остаток годится для получения сажи. Из него извлекают горючий газ, получают углещелочные реагенты и метан- воск (горный воск). В мизерных количествах он применяется и для поделок.

Торф – горючее полезное ископаемое, образующееся в процессе естественного отмирания и неполного распада болотных растений в условиях избыточного увлажнения и затрудненного доступа воздуха. Торф представляет собой продукт первой стадии угле образовательного процесса. Первые сведения о торфе как о «горючей земле», применяемой для приготовления пищи относятся к 26 веку нашей эры.

Осадочная порода растительного происхождения, состоит из углерода и других химических элементов. Состав угля зависит от возраста: старше всех антрацит, моложе каменный уголь, самый молодо- бурый. В зависимости от старения имеет разную влажность.Чем моложе – тем больше влаги. Уголь в процессе горения загрязняет окружающую среду, плюс спекается в шлак и оседает на колосниках в котле. Это в препятствует нормальному горению.

Вопросы:

Область применения топлива?

Наносит ли вред окружающей среде сжигание топлива, и какой вид наиболее ?

4 СПОСОБЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

Существует три способа сжигания топлива: слоевое, факельное или камерное и вихревое.

1 – колосниковая решетка; 2 – дверка запальника; 3 – загрузочная дверка; 4 – поверхности нагрева; 5 – топочная камера.

Рисунок 4.1 – Схема слоевой топки

На данном чертеже показан слоевой способ сжигания топлива, где слой кускового топлива лежит неподвижно на решетке и продувается воздухом.

Слоевой способ применяется для сжигания твердого топлива.

А здесь показан факельный и вихревой способ сжигания топлива.

1 – горелка; 2 топочная камера; 3 – обмуровка; 4 – топочный экран; 5 - потолочный радиационный пароперегреватель; 6 – фестон.

Рисунок 4.2 – Камерная топка

Рисунок 4.3 - Вихревой способ сжигания топлива

При факельном и вихревом способе могут сжигаться все виды топлива, только твердое топливо предварительно подвергается разлому, превращая его в пыль. При сжигании топлива все тепло передается продуктам сгорания. Такая температура называется теоретической температурой горения топлива.

В промышленности для сжигания твердого топлива используются котлы непрерывного действия. Принцип непрерывности поддерживается за счет колосниковой решетки, на которую постоянно подается твердое топливо.

Для более рационального сжигания топлива сооружаются котлы, которые способны сжигать его в пылеобразном состоянии. Таким же образом сжигается и жидкое топливо.

Вопросы:

Какой способ сжигания наиболее рациональный?

Объяснить достоинства камерного способа сжигания.

5 РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ В КОТЛАХ

Рабочие процессы в котлах:

Образования пара

В котельных установках происходят такие процессы как образование пара:

Условия, при которых происходит образование пара в котлах - постоянное давление и непрерывный подвод тепла.

Стадии процесса парообразования: подогрев воды до температуры насыщения, парообразование и нагрев пара до заданной температуры.

Еще в котлах можно наблюдать коррозию поверхностей нагрева:

Разрушение металла под действием окружающей среды называют коррозией.

Коррозия со стороны продуктов сгорания называется - наружной, а со стороны нагреваемой среды – внутренней.

Существует низкотемпературная и высокотемпературная коррозия.

Чтобы уменьшить разрушающую силу коррозии, необходимо следить за водным режимом котла. Поэтому сырую воду перед использованием для питания котлов предварительно обрабатывают с целью улучшения ее качества.

Качество котловой воды характеризуется сухим остатком, общим солесодержанием, жесткостью, щелочностью и содержанием коррозионноактивных газов

Натрий-катионный фильтр – где происходит очистка воды

Деаэратор – происходит удаление агрессивных средств, кислорода воздуха и углекислого газа.

Образцы труб, которые снаружи и внутри подверглись коррозии.

Коррозия поверхностей нагрева

Внутренняя коррозия паровых и водогрейных котлов в основном бывает следующих видов: кислородная, пароводяная, щелочная и подшламовая.

Основным появлением кислородной коррозии являются язвы, обычно с оксидами железа.

Пароводяная коррозия наблюдается при работе котлов с повышенными тепловыми нагрузками. В результате этой коррозии, на внутренних поверхностях экранных труб и хрупких повреждений в местах упаривания котловой воды.

В результате подшламовой коррозии образуются раковины.

Наружная коррозия может быть низкотемпературной и высокотемпературной.

Низкотемпературная коррозия может происходить при сжигании любого топлива. Высокотемпературная коррозия может происходить при сжигании мазутов.