Камерное сжигание жидкого и газообразного топлива

Условия сжигания природного газа и мазута имеют много общего, что позволяет выполнять топочные камеры для этих видов топлива одинаковой конструкции.

Горенке мазута и газа происходит в парогазовом состоянии (гомогенная среда) по законам цепных разветвленных реакций. Интенсивность горения в обоих случаях определяется условиями перемешивания, а максимально допустимые тепловые напряжения топочного объема имеют близкие значения (300 кВт/м³ - для мазута и 350 кВт/м³ - для природного газа).

Практическое отсутствие золы исключает вероятность шлакования настенных экранов и необходимость в шлакоудалении. В связи с чем, для обоих видов топлива под топки выполняют горизонтальным или слабонаклонным с выполнением лазов для ремонтных работ (см. рисунок 7.8).

а) открытая топка с однофронтальным многоярусными горелками; б) топка с пережимом и встречным расположением горелок; в) открытая топка с встречным двухъярусным расположением горелок; г) топка с встречными циклонными предтопками;
д) топка с подовыми горелками прямоточного или вихревого типа.

Рисунок 7.8 - Виды топочных камер для сжигания газа и мазута

Характеристики топочных камер

Геометрически топочная камера характеризуется линейными размерами: шириной фронта а_т, глубиной b_т и высотой h_т, размеры которых определяются тепловой мощностью топки, тепловыми и физико-химическими характеристиками топлива.

Произведение f_т=a_т×b_т, м², - сечение топочной камеры.

Ширина фронта топки (а_т=9,5¸31 м) зависит от вида сжигаемого топлива, тепловой мощности парового котла. С увеличением мощности парового котла размер а_т растет, но не пропорционально росту мощности, характеризуя, таким образом, увеличение тепловых напряжений сечения топки и скорости газов в ней.

Оценочно ширину фронта а_Т, м можно определить по формуле

(7.1)

где D - паропроизводительность котла, кг/с;

m - числовой коэффициент (1,1 - 1,7) зависит от D.

Глубина топочной камеры (b_т=6¸10,5 м) определяется размещением горелок на стенах топочной камеры и обеспечением свободного развития факела в сечении топки так, чтобы высокотемпературные языки факела не оказывали давление на охлаждающие настенные экраны.

Высота топочной камеры (h_т=15¸65 м) должна обеспечивать полное сгорание топлива по длине факела в пределах топочной камеры и размещение на ее стенах требуемой поверхности экранов, необходимых для охлаждения продуктов сгорания до заданной температуры:

, (7.2)

где - средняя скорость газов в сечении топки, м/с;

- время пребывания единичного объема газа в топке, с.

Основной тепловой характеристикой топочных устройств паровых котлов является тепловая мощность топки:

, кВт. (7.3)

Интенсивность процесса сжигания характеризуется следующими показателями:

1) Характеристикой, определяющей уровень энерговыделения (тепловым напряжением) в топочном устройстве, является допустимое тепловое напряжение топочного объема (характеризует время пребывания топлива в топочной камере):

, кВт/м³ , (7.4)

где V_т - объем топочной камеры, м³;

=140¸180 кВт/м³ - при сжигании углей с твердым шлакоудалением и =180¸210 кВт/м³ - при жидком шлакоудалении.

2) На уровне расположения горелок выделяется наибольшее количество теплоты, здесь расположено ядро факела и резко растет температура топочной среды. Если отнести все тепловыделение в растянутой по высоте топки зоне горения к сечению топки на уровне горелок, то получим важную расчетную характеристику - тепловое напряжение сечения топочной камеры:

, кВт/м², (7.5)

где f_т – поперечное сечение топочной камеры, м².

Максимально допустимые значения q_f нормируются в зависимости от вида сжигаемого топлива, расположения и типа горелок и составляют от
2300 кВт/м² - для углей с повышенными шлакующими свойствами,
до 6400 кВт/м³ - для углей с высокими температурами плавления золы.

С ростом значения q_f увеличивается температура факела в топке, в том числе вблизи экранов, заметно увеличивается тепловой поток излучения на них. Ограничение значений q_f определяется для твердых топлив исключением интенсивного процесса шлакования настенных экранов, а для газа и мазута - предельно допустимым ростом температуры металла экранных труб.

3) Если отнести значение тепловосприятие топки к единице поверхности экрана, то получим среднее тепловое напряжение поверхности нагрева q_Л, кВт/м², характеризующее интенсивность тепловой работы металла труб экранов:

, кВт/м², (7.6)

где - поверхность стен топки, закрытая экранами, м²;

Q_л - тепловосприятие топочных экранов, полученное излучением факела кДж/кг, определяется из теплового баланса топки как разность между удельным полным тепловыделением в зоне ядра факела на уровне расположения горелок без учета отдачи теплоты к экранам , кДж/кг, и удельной теплотой (энтальпией) газов на выходе из топки при отдаче (потере) небольшой части теплоты через теплоизолирующие стены (где - доля сохранения теплоты в топке).

Лекция

Тепловосприятие поверхностей нагрева.Парообразующие поверхности нагрева паровых котлов (топочные экраны, пароперегреватели). Конструкции экранов, пароперегревателей.