конструкции ГОРЕЛОЧНЫх УСТРОЙСТВ

Горелочные устройства

Горелки для промышленных котлов

Основные термины

Эксплуатация горелочных устройств зависит от их типа и технических характеристик. Разные типы горелок имеют свои технические характеристики и, следовательно, свои особенности эксплуатации.

Принцип действия и конструкция горелочного устройства определяют возможность регулирования количества воздуха, участвующего в процессе горения. Организация процесса горения и характер горящего факела имеют определенное значение для теплопередачи и температурных режимов в топке.

Горелка – устройство, предназначенное для сжигания топлива в топках печей или котлов.

Форсунка – жидкостная часть горелки.

Регистр – устройство для регулирования подачи воздуха на горение.

Завихритель – устройство для создания вращения жидкостного, газового и воздушного потоков.

Амбразура – стандартный проем в печи, где располагается горелочное устройство.

Тепловая мощность – количество тепла, которое выделяется при сжигании топлива в горелке, за единицу времени.

Общие понятия о горелочных устройствах

Комбинированными (газомазутными) горелками оборудовано большинство современных трубчатых печей нефтеперерабатывающей промышленности. Эти горелки позволяют эксплуатировать трубчатые печи, как на газовом, так и на жидком топливе.

Газовыми горелками оборудованы трубчатые печи, работающие только на газовом топливе.

Для обеспечения бесперебойной работы горелок требуется соблюдение определенных условий.

В топливной схеме должна быть предусмотрена фильтрация мазута, поступающего на горение, а так же фильтрация газа, если в нем имеются механические примеси.

Подогрев мазута должен быть таким, чтобы его вязкость перед горелкой не превышала 3^оВУ. Температура мазута перед горелкой 80-120^оС.

Для распыления следует применять перегретый пар температурой, превышающей температуру насыщения не менее, чем на 15-20^оС. Температура насыщения пара в зависимости от его избыточного давления приведена в таблице.

Таблица 1

Температура насыщения пара в зависимости от его избыточного давления

Схема обвязки горелок по мазуту должна быть рециркуляционной, позволяющей перепускать мазут в обратную линию печи.

конструкции ГОРЕЛОЧНЫх УСТРОЙСТВ

В зависимости от вида сжигаемого топлива различают множество конструкций горелочных устройств.

1. При сжигании твердого пылевидного топлива применяют горелки смешивающего типа (рис. 1).

В амбразуре топочной камеры устанавливают улитку, в которой пылевоздушная смесь ПВС (пылевидное топливо с первичным воздухом) закручивается и по кольцевому каналу транспортируется к выходу горелки, откуда ПВС поступает в топку в виде закрученного короткого факела. Вторичный воздух, через другую аналогичную улитку, подается в топку со скоростью 18…30 м/с в виде мощного закрученного потока, где интенсивно перемешивается с пылевоздушной смесью, образуя факел горения. Производительность горелок – 2…9 т/ч угольной пыли.

2. При сжигании мазута применяют форсунки и мазутные горелки:

механические, ротационные и паровоздушные (паромеханические). Любая

мазутная форсунка должна иметь устройство для хорошего перемешивания топлива с воздухом, что достигается использованием разного вида завихряющих приспособлений – регистров. Комплект мазутной форсунки с воздушным регистром и другими вспомогательными приспособлениями называется мазутной горелкой.

Механическая форсунка. Принципиальная схема форсунки приведена

на рис. 2.

Подогретый примерно до 100 °С мазут под давлением 2…4 МПа поступает в канал, перемещается в насадок (распыливающую головку), где установлен завихритель - распылитель. В результате прямолинейное движение мазута изменяется на вращательное, и мазут с большой скоростью (45…50 м/с) и сильным завихрением выбрасывается в топочную камеру. В топке мазут взаимодействует с воздушной средой и распыляется на мелкие капли. Достоинства: не нужен пар, нет движущихся частей. Недостатки: необходима двойная очистка мазута (грубая и тонкая); требуются мощные нефтенасосы; образование нагара; малый диапазон регулирования (60…100 %). Расход мазута – 0,2…4 т/ч.

Ротационная форсунка. Принципиальная схема форсунки приведена

на рис. 3.

Топливо подается через канал и сопло на вращающуюся чашу (стакан), дробится и сбрасывается в топочную камеру. Давление топлива (мазута) составляет 0,15…1 МПа, а чаша вращается со скоростью 1500…4500 об/мин. Воздух поступает вокруг чаши через конус, охватывает вращающийся поток капель и перемешивается с ним. Расход мазута – 0,1…3,4 т/ч. Достоинства: не требуются мощные нефтяные насосы и тонкая очистка мазута от примесей; широкий диапазон регулирования (15…100 %). Недостатки: сложная конструкция и повышенный уровень шума.

Паровоздушная или паромеханическая форсунка. Принципиальная

схема форсунки приведена на рис. 4.

Топливо подается в канал, по внешней поверхности которого поступает пар (давлением 0,5…2,5 МПа) или сжатый воздух. Пар выходит из канала со скоростью до 1000 м/с и распыляет топливо (мазут) на мельчайшие частички. Природный газ также поступает по каналу в топку. Воздух нагнетается в топку вентилятором через амбразуру.

3. Газовые горелки. Газогорелочные устройства (горелки) предназначены для подачи к месту горения (в топку) газовоздушной смеси или раздельно газа и воздуха, устойчивого сжигания и регулирования процесса горения. Основной характеристикой является тепловая мощность горелки, т.е. количество теплоты, выделяемое при полном сжигании газа, поданного через горелку, и определяется произведением расхода газа на его низшую

теплоту сгорания.

Основные параметры горелок: номинальная тепловая мощность, номинальное давление газа (воздуха) перед горелкой, номинальная относительная длина факела, коэффициенты предельного и рабочего регулирования горелки по тепловой мощности, удельная металлоемкость, давление в камере сгорания, шумовая характеристика.

Существуют три основных метода сжигания газа.

1) Диффузионный – в топку газ и воздух в необходимых количествах

подают раздельно, а смешение происходит в топке.

2) Кинетический – в горелку подают полностью подготовленную газовоздушную смесь с избыточным количеством воздуха. Воздух смешивается с газом в смесителях, и смесь быстро сгорает в коротком слабосветящемся пламени при обязательном наличии стабилизатора горения.

3) Смешанный – в горелку подают хорошо подготовленную смесь газа с воздухом, содержащую только часть (30…70 %) воздуха, необходимого для горения. Этот воздух называют первичным. Остальной (вторичный) воздух поступает к факелу (устью горелки) путем диффузии. К этой же группе относят горелки, у которых газовоздушная смесь содержит весь воздух, необходимый для горения, и смешение происходит и в горелке, и самом факеле.

Наличие устойчивого пламени является важнейшим условием надежной и безопасной работы котельного агрегата. При неустойчивом горении пламя может проскочить внутрь горелки или оторваться от нее, что приведет к загазованности топки и газоходов и взрыву газовоздушной смеси при последующем повторном розжиге. Скорость распространения пламени для различных газов неодинакова: наибольшая 2,1 м/с – для смеси водорода с воздухом, а наименьшая 0,37 м/с – для смеси метана с воздухом. Если скорость газовоздушного потока окажется меньше скорости распространения пламени, происходит проскок пламени в горелке, а если больше – отрыв пламени.

По способу подачи воздуха для горения различают следующие конструкции горелок.

1. Горелки с поступлением воздуха к месту горения за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой или дымососом, или конвекции. Смешение газа с воздухом происходит не в горелке, а за ней, в амбразуре или топке, одновременно с процессом горения. Такие горелки называют диффузионными, они равномерно прогревают всю топку, имеют простую конструкцию, работают бесшумно, факел устойчив по отношению к отрыву, проскок пламени невозможен.

2. Горелки с инжекцией воздуха газом, или инжекционные. Принципиальная схема инжекционной горелки приведена на рис. 5.

Струя газа, поступающего из газопровода под давлением, выбрасывается из одного или нескольких сопл с большой скоростью, в результате скорость потока увеличивается, а давление в камере смешения снижается. За счет разрежения в камере наружный воздух подсасывается (инжектируется) в горелку и при движении по камере смешивается с газом. Объемный расход инжектируемого воздуха регулируется положением кольца, которое вращается на резьбе, уменьшая или увеличивая при этом сечение между кольцом и обмуровкой. Смесь газа и воздуха проходит камеру смешения и поступает в его расширяющуюся часть – диффузор, где скорость смеси снижается, а давление при этом возрастает, после чего газовоздушная смесь проходит через распределительную решетку – рассекатель, или поступает в коллектор с огневыми отверстиями и попадает в топку, где сгорает в виде маленьких голубовато-фиолетовых факелов.

3. Горелки с инжекцией газа воздухом. В них для инжекции газа используется энергия струй сжатого воздуха, создаваемого вентилятором, а

давление газа перед горелкой поддерживается постоянным с помощью специального регулятора. Достоинства: подача газа в смеситель возможна со скоростью, близкой к скорости воздуха; возможность использования холодного или нагретого воздуха с переменным давлением. Недостаток: использование регуляторов.

4. Горелки с принудительной подачей воздуха без предварительной подготовки газовоздушной среды. Смешение газа с воздухом происходит в процессе горения (т.е. вне горелки), и длина факела определяет путь, на котором это смешение заканчивается. Для укорочения факела газ подают в виде струек, направленных под углом к потоку воздуха, осуществляют закручивание потока воздуха, увеличивают разницу в давлениях газа и воздуха и т.п. По методу подготовки смеси, данные горелки являются диффузионными (проскок пламени невозможен), они применяются как резервные при переводе одного топлива на другое в котлах ДКВР, в виде подовых и вертикально-щелевых.

5. Горелки с принудительной подачей воздуха и предварительной подготовкой газовоздушной смеси, или газомазутные горелки. Они имеют наибольшее распространение и обеспечивают заранее заданное количество смеси до выхода в топку. Газ подается через ряд щелей или отверстий, оси которых направлены под углом к потоку воздуха. Для интенсификации процесса смесеобразования и горения топлива воздух к месту смешения с газом подают закрученным потоком, для чего используют: лопаточные аппараты с постоянным или регулируемым углом установки лопаток, улиточную форму корпуса горелки, тангенциальную подачу или тангенциальные лопаточные закручиватели.