Сжигание антрацитов
Единственным слоевым топочным устройством, обеспечивающим полностью механизированное сжигание антрацитов в чистом виде, является у нас пока топка с цепной решеткой. Но она может успешно работать не на всех сортах этого топлива.
Основное условие хорошего горения антрацита это высокая температура в слое. Отсюда вытекает необходимость утепления топки (закрытия экранных труб сводов), а также поддержания довольно большой толщины слоя (200 - 250 мм). Задний свод должен перекрывать 0,6 - 0,65 активной длины решетки, иначе не будет обеспечиваться надежное воспламенение топлива. Острое дутье со стороны заднего свода является обязательным,— оно нужно здесь не только для перемешивания продуктов горения, но и как аэродинамическое удлинение свода. Поскольку антрациты воспламеняются медленно, то длина цепной решетки между валами должна быть не менее 6,5 м. В топках с более короткими решетками достигнуть хороших результатов большей частью не удается. Воспламенение топлива начинается на расстоянии 0,5 - 1,5 м от регулятора слоя. Чтобы исключить проход воздуха через не горящий участок слоя, первая дутьевая зона обычно наглухо зашивается сверху стальным листом.
Подогрев дутьевого воздуха свыше 150 - 200°С не рекомендуется из опасения пережога колосникового полотна и зашлаковывания слоя. Колосники решетки сильно страдают от нагрева даже при холодном дутье.
Полная механизация топочного процесса и достаточно высокие тепловые нагрузки достигаются только при грохоченный антрацитах классов 6 - 13, 13 - 25 мм (марок AC, AM) с тугоплавкой золой. Примерный режим работы топки: толщина слоя около 200 мм, максимальное давление воздуха под решеткой 80 - 90 мм вод. ст., температура горячего воздуха 150°С, теплонапряжение зеркала горения до Q/R=1000 тыс.ккал/(м2Xч), коэффициент избытка воздуха в конце топки αт= 1,3÷1,4. Тепло напряжения топочного объема допустимы до Q/V=300 тыс.ккал/(м3Xч). Потеря от механического недожога составляет q=7÷12% (при отсутствии возврата уноса). Эти данные относятся к топливу с зольностью Ас=14÷20%. При большей зольности работа топки может резко ухудшаться, особенно в случаях, когда зола обладает низкой температурой плавления.
Для серийных котлов ДКВР-20 при сжигание антрацитов предусмотрены сейчас цепные решетки длиной 8 м. Испытания головного образца котла на антраците АС с зольностью Ас= 14,2÷20,4% и выходом летучих Vг=2,3÷4,3% выявили следующие показатели работы топки: расход пара 15,7 - 22,2 т/ч, тепло напряжение решетки Q/R = 595÷767 тыс.ккал/(м2Xч), тепло напряжение топочного объема Q/V=256÷336 тыс. ккал/(м3Xч), толщина слоя топлива 220 - 240 мм, скорость решетки 3,6 - 4,8 м/ч, максимальное давление воздуха под решеткой 90 - 120 мм вод. ст., температура горячего воздуха 130 - 166°С, коэффициент избытка первичного воздуха αпер= 1,17÷1,82, коэффициент избытка воздуха в конце топки αт=1,36÷2,04, потеря со шлаком q4шл= 1,15÷2,2%, потеря с уносом q4уп=0,54÷1,49% (при наличии возврата уноса и острого дутья), суммарная потеря от механического недожога q= 2,08÷3,69%. Острое дутье подавалось со стороны заднего свода через 6 сопел диаметром 27 мм, причем давление воздуха в раздающем коллекторе составляло 245 - 255 мм вод. ст. Нормальный воздушный режим топки: αпер=1,25, αт=1,55. При меньших избытках воздуха наблюдалось шлакование топочной камеры и конвективного пучка котла.
Как видно, потери от механического недожога получились низкими. Но нужно учитывать большую длину решетки, относительно малые тепловые нагрузки и хорошее качество антрацита. При легкоплавкой золе топлива нельзя было бы работать с таким толстым слоем и соответственно высокими температурами в слое.
На многих установках сжигание антрацитов встречает большие затруднения. Слой зашлаковывается или плохо воспламеняется, кочегарам приходится шуровать его через боковые дверки и лючки, а также частично перегребать топливо с середины решетки на ее начальный участок. Причинами этого могут являться повышенная зольность антрацита, низкая температура плавления его золы, туго горючесть некоторых сортов антрацита, неправильное выполнение топок и недостаточное давление воздуха под решеткой. Если все, что связано с конструкцией топки и ее режимом, можно исправить, то приспособиться к неблагоприятным характеристикам топлива практически невозможно. Легкоплавкая зола и высокие температуры в слое несовместимы.
В ряде случаев целесообразно добавлять к антрацитам каменные высокореакционные угли в количестве 15 - 20%. Здесь, правда, появляются большие трудности в обеспечении равномерного смешения двух топлив. Нужно предусматривать соответствующие смешивающие устройства на тракте топливоподачи.
К заштыбленным антрацитам марок АРШ и АСШ топки с цепной решеткой не приспособлены. Хотя давно стоит вопрос об исключении их из поставки для слоевого сжигания (см. § 1-1), фактически они все же поступают в больших количествах в промышленные и отопительные котельные. Зольность их составляет до Ас= 27%.
Сжигание антрацитов осуществляется при значительных затратах труда на ручные шуровки слоя. Тепло напряжения зеркала горения не превышают 60 0- 700 тыс. ккал/(м2Xч). Потери от механического недожога доходят до 15 - 20% (при отсутствии возврата уноса).
Интересные данные о работе топок с цепной решеткой под котлами ДКВр-10 на антраците АРШ приводятся С. А. Тагером и Н. И. Рябцевым.
Первоначально указанные котлы снабжались решетками с длиной между валами 5500 мм. Задний свод перекрывал 0,4 активной длины решетки. При сжигании антрацита АРШ с характеристиками: Wр= 8÷10%, Ас =22÷27%, Vг=4÷5%
D6тл =45% топка обслуживалась двумя кочегарами, причем последние затрачивали примерно 30% времени на сгребание жара к фронту и шурование слоя, и еще 15% времени на дополнительную ручную подброску антрацита через боковые дверки топочной камеры. В моменты сгребания жара решетка останавливалась. Паропроизводительность котла составляла не более 4 - 5 т/ч.
Котлы с длиной решетки 6500 мм и степенью перекрытия ее сводом - 0,5 работали лучше. Топки двух смежных котлов обслуживались тремя кочегарами. Ручная подброска топлива не производилась, но сгребание жара к фронту оставалось необходимым. Движение решетки было непрерывным. Время ручного вмешательства составляло около 40%. Паропроизводительность котла была равна в среднем 6 т/ч.
Чтобы улучшить зажигание и горение антрацита АРШ, было предложено удлинить задний свод на 800 мм (рис. 8-8), доведя степень перекрытия решетки до 0,65. В результате этого топливо стало надежно зажигаться на расстоянии ~ 0,5 м от регулятора слоя и необходимость ручного вмешательства для организации его воспламенения отпала. Номинальная паропроизводительность котла, однако, достигается только при Wр≤10%, Ас≤25% и D6тл≤50%. Коэффициент избытка воздуха за котлом составляет до = 1,8. Примерно того же порядка он должен быть и в топке, поскольку присос воздуха в газоходы
высокого котла ДКВ можно считать незначительным.
Рис. 8-8. Удлинение заднего свода в топке с цепной решеткой под котлом ДКВ-10 (по предложению Тагера и др.).1 - задний свод в заводском исполнении; 2 - шесть удлиненных труб заднего экрана; 3 - плиты дополнительного свода из огнеупорного бетона; 4 - лючок для обдувки дополнительного свода; 5 - открытый участок труб заднего экрана (для улучшения выжига шлака).
Из приведенных данных видно, насколько трудным является сжигание антрацитов в топках с цепной решеткой.
На ряде объектов решетки снабжены неподвижной шурующей планкой, установленной на участке начала активного горения антрацита. О такой планке говорилось в § 3-1. Есть сообщения, что она существенно улучшает слоевой процесс, но к этим сведениям нужно отнестись с известной осторожностью, так как многое зависит от случайных местных условий. Пока целесообразность применения неподвижной шурующей планки не подтверждена данными испытаний.
Значительно лучше протекает горение негрохоченых антрацитов при добавке к ним высокореакционных каменных углей в количестве 20 - 30%. Но опять-таки представляет трудности равномерное смешение двух топлив.
Для сжигания антрацитов под котлами паропроизводительностью менее 10 т/ч широко используются топки с пневмомеханическими забрасывателями и поворотными колосниками типа ПМЗ-РПК. Результаты получаются различными в зависимости от качества топлива и технического состояния котельных установок.
Достаточно высокие тепловые нагрузки [1000 - 1100 тыс. ккал/(м2Xч)] могут быть обеспечены как на грохоченом, так и негрохоченом топливе. Необходимо лишь, чтобы имелись достаточные резервы по тяге и дутью, поскольку для устойчивого горения антрацита в указанных топках требуются повышенные дутьевые форсировки слоя. Часто, однако, это условие не соблюдается, поэтому бывают нарекания на работу топок.
Горение антрацитов в топках ПМЗ-РПК происходит примерно в таком же тонком слое, как и при каменных и бурых углях. Температуры в слое получаются относительно низкими, что благоприятно с точки зрения предупреждения шлакования, но неблагоприятно в отношении полноты выгорания углерода. Поддержание тонкого слоя требует известного навыка, поскольку неосторожная слишком большая подача топлива может вызвать образование шлаковой корки. Давление воздуха под решеткой в начале периода между чистками от шлака требуется около 20 мм вод. ст., а в конце периода 60 мм вод. ст. В момент чистки одной из секций решетки нужно увеличивать дутье под другими секциями до 80 и даже 100 мм вод. ст.
Экономические показатели сжигания зависят в основном от зольности топлива, температуры плавления золы и способности антрацита растрескиваться при нагреве. Содержание мелочи в топливе имеет меньшее значение, а влажность не влияет на горение.
Относительно приемлемые результаты достигаются при работе на грохоченых антрацитах марок АС и AM, имеющих нормально зольность Ас=14%. Коэффициент избытка воздуха в конце топки составляет αт=1,6÷1,7, потеря тепла со шлаком 4 - 6%, потеря с уносом при отсутствии возврата уноса 8 - 10% и при наличии возврата 4 - 5%.
Совсем другое дело негрохоченые антрациты марок АРШ и АСШ, которые отличаются зольностью Ас=18÷27%. Чтобы избежать шлакования слоя и угасания горения приходится работать с очень высоким коэффициентом избытка воздуха в топке - αт=1,8÷2,2. Потеря со шлаком составляет 6 - 12%, потеря с уносом при отсутствии возврата уноса - 12 - 20% и при наличии возврата уноса - 6 - 10%. Увеличение этих потерь есть следствие снижения температур в слое.
Из приведенных данных следует, что сжигать многозольные негрохоченые антрациты в топках ПМЗ-РПК нерационально.
Как и в случае цепной решетки, лучшие результаты могут быть получены при добавках к антрацитам высокореакционных каменных углей. Это практикуется на многих объектах. Равно-мерное смешение двух топлив не является обязательным, поскольку эту функцию выполняют забрасыватели, распределяющие надлежащим образом то и другое топливо по всей площади решетки.
Топки с пневмомеханическими забрасывателями и цепной решеткой обратного хода (ПМЗ-ЛЦР и ПМЗ-ЧЦР) в обычном исполнении нормально работать на чистых антрацитах с низким выходом летучих (Vг≤5%), по-видимому, не могут, так как не допускают отрыва горения от задней стены топочной камеры. Об этом, правда, приходится говорить с осторожностью, поскольку опытный материал пока недостаточен. Смеси антрацитов с высокореакционными каменными углями сжигаются довольно легко, причем добавка каменного угля требуется в количестве 15 - 30%. Смешение топлив может производиться приблизительное.
При сжигании таких смесей в топках ПМЗ-ЛЦР и ПМЗ-ЧЦР под котлами СУ-20 получены следующие результаты: зольность смеси топлив Ас=21÷24,7%, выход летучих для смеси топлив Vг=10,5÷12,6%, тепло напряжение зеркала горения Q/R =1080÷1550 тыс. ккал/(м2Xч), температура горячего воздуха 140 - 175°С; коэффициент избытка воздуха в топке αт=1,38÷1,49, потеря со шлаком 5 - 7%, потеря с уносом при наличии острого дутья и возврата уноса 3 - 4%, суммарная потеря от механического недожога 8 -11%.
Все сказанное про сжигание антрацитов относится также к полуантрацитам. Но они сжигаются несколько легче, так как имеют более высокий выход летучих.