Пылеугольные горелки
Горелочное устройство должно обеспечивать хорошее перемешивание пыли и воздуха, возможно более раннее воспламенение пылевоздушной смеси и способствовать практически полному выгоранию пыли. Для камерного (факельного) сжигания твердого топлива наибольшее распространение получили вихревые круглые, а также прямоточные щелевые и сопловые пылеугольные горелки.
Вихревыми называют пылеугольные горелки, у которых первичный и вторичный воздух или только вторичный воздух закручи-вается специальными завихрителями. Закручивание потоков достигается при помощи улиток, устанавливаемых на входе в горелку, или лопаток, устанавливаемых в горелке аксиально или тангенциально в потоке первичного или вторичного воздуха. Принципиальные схемы вихревых горелок показаны на рис. 8.3.
Наименование пылеугольные горелки отражает способ ввода первичного (с пылью) и вторичного воздуха. Так, в показанной на рис. 8.3, а прямоточно-улиточной горелке первичный воздух с пылью (пылевоздушная смесь или аэросмесь) подается через центральную трубу прямоточно, без закручивания. Вторичный воздух, подаваемый в топку через горелку, закручивается улиткой. Конструкция такой горелки (одноулиточная горелка) показана на рис. 8.4. Аэросмесь поступает в топку через центральную трубу, имеющую на конце чугунный наконечник. Регулирование выходного сечения для аэросмеси осуществляется конусом-рассекателем, который может перемещаться.
Конус-рассекатель обеспечивает хорошее раскрытие пылевоздушной струи, а также подсос горячих топочных газов к корню факела, что интенсифицирует воспламенение топлива. Вторичный воздух, подаваемый через улитку, выходит в топку завихренным через кольцевое пространство, образуемое наконечником и обмуровкой. Для растопки, а также при необходимости подсвечивать пылеугольный факел предусматривают установку мазутной форсунки, для чего в корпусе горелки имеется отверстие 6. В вихревых горелках, показанных на рис. 8.3, б-д, мазутные форсунки установлены по центру горелки.В прямоточных щелевых горелках (рис. 8.5,а) подача в топку аэросмеси и вторичного воздуха осуществляется раздельно через узкие щели. Такие пылеугольные горелки выполняются с внешним 1 и с внутренним 2 вводом вторичного воздуха. В прямоточных сопловых горелках (рис. 8.5, б) ввод аэросмеси и вторичного воздуха осуществляется раздельно через круглые сопла.
Примером прямоточной щелевой горелки является широко используемая поворотная горелка. В этой горелке (рис.8.6) аэросмесь поступает через центральный патрубок, откуда через поворотные сопла-щели она выходит в топку. Вторичный воздух поступает в топку по наружному соплу. Сопла при помощи электродвигателя можно поворачивать вверх и вниз от горизонтальной плоскости на 12-20 °. Это дает возможность менять положение факела в топке.
Для вихревых и прямоточных горелок характерны различные схемы воспламенения, дальнобойность факела н сопротивление горелочного устройства. Схема зажигания пылевоздушной смеси для вихревых турбулентных горелок показана на рис. 8.7, а. В этих горелках улиточный подвод воздуха и наличие конуса-рассекателя обеспечивают выходящей пылевоздушной струе дополнительную составляющую скорости, перпендикулярную оси горелки. При этом выходящая из горелки струя имеет форму полого гиперболоида вращения. Образующаяся в центральной его части зона разрежения приводит к непрерывному подсосу сюда высокотемпературных топочных газов, обеспечивающих интенсивное зажигание пылевоздушной смеси. Воспламенение струи по внешней поверхности конуса тормозится прослойкой относительно холодного вторичного воздуха, находящегося между пылевоздушной смесью и горячими топочными газами. Кроме того, здесь сказывается и охлаждающее влияние экранных поверхностей нагрева. В отличие от вихревых турбулентных горелок в прямоточных горелках разнос пылевоздушной струи отсутствует (рис. 8.7, б). Факел получается более дальнобойным. Для горелки с внешним вторичным воздухом зажигание струи происходит по внешней ее поверхности. Наличие здесь вторичного воздуха, охватывающего пылевоздушную струю, несколько затрудняет прогрев и воспламенение смеси. Более целесообразна схема прямоточной горелки с внутренним подводом условия воспламенения пылевоздушной смеси.
Условия воспламенения пылегазовой смеси, интенсивность горения и длина факела в значительной степени зависят от соотношения первичного и вторичного воздуха и их скоростей на выходе из горелки. Для ускорения воспламенения топлива количество первичного воздуха, как указывалось, целесообразно уменьшать. Снижение доли первичного воздуха особенно целесообразно при с/кигании малореакционных трудновоспламеняемых углей (антрацит, полуантрацит, тощий уголь). Минимально возможное количество первичного воздуха определяется условиями транспорта пыли через горелку. При сжигании малореакционных углей количество первичного воздуха принимают до 20 % общего количества, а при сжигании бурых углей до 40-45 %.
Для хорошего смесеобразования и подсоса горячих топочных газов, обеспечивающих прогрев и воспламенение пылевоздушной смеси, скорости первичного W1 и вторичного воздуха W‘2 на выходе из вихревых прямоточно-улиточных горелок тепловой мощностью 25-35 МВт при сжигании каменных и бурых углей должны составлять соответственно 18-20 и 22-25 м/с; для двухулиточных горелок такой же мощности при сжигании антрацитового штыба, полуантрацитов и тощих углей - соответственно 14-16 и 18-21 м/с, а при сжигании каменных углей -20-22 и 26-28 м/с.
Кроме указанных пылеугольных горелок тепловой мощностью 25 и 35 МВт, в соответствии с ОСТ 24.030.26-78 для котлов большой производительности имеются пылеугольные горелки мощностью 50, 75, 100, 135 и 150 МВт. Для этих горелок скорости первичного и вторичного воздуха должны быть более высокими. Повышенные скорости выхода в топку первичного и вторичного воздуха (27-30 м/с) принимаются для прямоточных горелок, что здесь особенно необходимо для улучшения воспламенения пылегазовой смеси. Повышенная скорость выхода воздуха в топку применяется и для сбросных горелок (35-45 м/с), через которые в топку для сжигания сбрасываются тончайшая угольная пыль, не уловленная в циклоне, и транспортирующий ее из мельницы сушильный агент-воздух. Если предусматривается возможность сжигания в топочной камере и твердого пылевидного, и газового топлив, применяют комби нированные пылегазовые горелки, что значительно упрощает топливно-воздушные коммуникации. На рис. 8.8 для примера показана комбинированная пылегазовая горелка, представляющая собой вихревую горелку со встроенной многоструйной газовой горелкой.
В центральной части горелки может быть установлена также и мазутная форсунка. При размоле угля в молотковых мельницах (см. § 7.4) в ряде случаев угольная пыль вводится в топочную камеру через специальные пылеугольные горелки-амбразуры (рис. 8.9). В установках малой производительности подача готовой угольной пыли с первичным воздухом иногда осуществляется при помощи простейшей открытой амбразуры (рис.8.9,а). Соплашлицы для подачи в топку вторичного воздуха располагаются над и под амбразурой. При сжигании бурых углей и фрезерного торфа скорость выхода пылевоздушной смеси из амбразуры принимают 4-5 м/с, а скорость выхода из сопл вторичного воздуха - 20-25 м/с. Работа таких горелок-открытых амбразур характеризуется, однако, малым углом раскрытия факела, дальнобойностью, плохим перемешиванием пыли с вторичным воздухом, неблагоприятными условиями для воспламенения и горения пыли и др.
Амбразуры с горизонтальным рассекателем (рис. 8.9, б) обеспечивают увеличение угла ракрытия факела, улучшение воспламенения пыли, однако в них не устранен ряд других недостатков. Топка работает с повышенными потерями от механического недожога.Значительного улучшения аэродинамики топки достигают применением эжекционных амбразур ЦКТИ (рис. 8.9, в). Подача вторичного воздуха при помощи щелевых насадок через амбразуру интенсифицирует перемешивание пылевоздушного потока и вторичного воздуха. Часть вторичного воздуха со скоростью 35-45 м/с подается через сопла на задней стенке топки, чтобы ядро горения находилось в центральной части топочной камеры.Нашли применение амбразуры с устройством для сжигания топлива в тонких струях. Например, амбразура конструкции МЭИ-Мосэнерго (рис. 8.9, г) разделена на вертикальные каналы - по числу сопл вторичного воздуха, который выходит со скоростью 40-50 м/с и эжектирует пылевоздушную смесь. В топочную камеру смесь пыли с воздухом поступает со скоростью около 20 м/с через узкие вытянутые щели, расположенные на расстоянии 1500- 2000 мм. При этом обеспечивают интенсивный подсос горячих топочных газов и устойчивое зажигание и горение топлива.
Эффективной оказалась замена обычных амбразуры и сопл вторичного воздуха вихревыми пылеугольными горелками. На рис. 8.9, д показано соединение шахты после молотковой мельницы с топочной камерой с помощью вихревой горелки. Условия воспламенения и горения пыли в этом случае достаточно благоприятны. Однако создаваемое молотковыми мельницами давление недостаточно для эффективной работы горелок, что сказывается на показателях экономичности топки.