Муфельных предтопков

Специальные исследования, проводимые на полупромышленной установке кафедры ТЭС КГТУ (рис. 2.17), показали, что для организации эффективной системы безмазутной (муфельной) растопки необходимо обеспечить термическую подготовку пылеугольного потока до его попадания в топочную камеру.

Рaccмoтpим тexнoлoгичecкиe схемы и устройства по применению термической подготовки топлива для организации безмазутной растопки котла, разработанные в ПИ СФУ [271-287].Вставить литературу

На рис. 5.17 представлена система безмазутной растопки топлива (СБР), совмещенная с внутритопочной термической подготовкой. Система растопки работает следующим образом.

Включается растопочное горелочное устройство 28 и прогревается через косой плоский срез 14 циркуляционная труба 11 и шарообразный рассекатель 20 до температуры самовоспламенения угольной пыли. С помощью горелочного устройства 10 прогревается нижняя часть камеры сгорания 8.. Включается в растопочном режиме горелочное устройство 9 с подачей основного топлива через сопло 13 и холодного воздуха для создания воздушной рубашки через сопло 12. Через завихритель 25 в закрученном потоке инжектируются горячие топочные газы, которые закручивают и пыль, выходящую из торца сопла 13.

Рисунок 5.17 – Система безмазутной растопки, совмещенная с внутритопочной термической подготовкой: 1 – камера сгорания; 2, 3 – экраны; 4, 5 – перепускные окна; 6 – холодная воронка; 7, 8 – центральная и периферийная камеры горения; 9, 10 – верхние и нижние горелочные устройства; 11 – циркуляционные трубы; 12, 13, 15–19 – сопла; 14 – косой плоский срез; 20 – рассекатель; 21 – крестовина; 22 – кольцевая обойма; 23, 24 – выступы; 25 – завихритель; 26 – основание конуса; 27 – угловые ребра; 28 – горелочное устройство

Смешанная с воздухом пыль благодаря крутке расслаивается: крупная отжимается к раскаленным внутренним стенкам циркуляционной трубы 11, а мелкая попадает на шарообразный рассекатель 20, где вспыхивает от контакта с ним и отбрасывается от рассекателя 20, и на внутренних стенках циркуляционной трубы 11 воспламеняет крупную пыль, прогретую от этих стенок.Вращающийся поток попадает на ребра крестовины 21, которыми отбрасывается на внутренние стенки циркуляционной трубы, если эти ребра 27 установлены под тупым углом на крестовине 21. Клиновидное расширение их в нижней части также способствует этому. В расширяющемся факеле горящее топливо поступает на выступы 24 нижней части камеры 8 сгорания, с которых скатывается под струи горелочного устройства 10 и выбрасывается через нижнее перепускное окно 5 в центральную камеру 7 сгорания, где догорает в струях третичного и четвертичного воздуха, подаваемого из сопл 16 и 15 в восходящем потоке. После выхода на рабочий режим горелочное устройство 28 отключается, а в горелочном устройстве 10 отключается сопло 17 подачи легковоспламеняющегося топлива.

Таким образом, пыль проходит топку дважды: сверху вниз и снизу вверх, что исключает затягивание горящего факела в конвективный газоход и уменьшает примерно вдвое шлакование конвективных поверхностей. Полукокс, поступающий в центральную камеру сгорания 7, благодаря термоподготовке в камере 8 имеет свою калорийность, вдвое большую по сравнению с исходным углем. При ухудшении качества исходного угля калорийность полукокса практически не меняется, что обеспечивает постоянную паропроизводительность котла и стабильный режим работы. Рассредоточенная подача воздуха на четыре стадии растягивает процесс горения, что снижает температуру горения, обеспечивает ступенчатое сжигание топлива и уменьшает образование оксидов азота вдвое за счет термической подготовки топлива в периферийных камерах 8.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, основанное на предварительной термической обработке углей, позволяет одновременно решить сразу несколько задач: обеспечить безмазутную растопку топочной камеры котельного агрегата; уменьшить в несколько раз шлакование топки и образование оксидов азота; вовлечь в топливно-энергетический баланс не используемые в настоящее время сажистые угли. Перечисленные мероприятия позволяют значительно повысить эколого-экономические показатели работы тепловых электрических станций.

На рис. 5.18 представлена система муфельной растопки котла.

Рисунок 5.18 – Муфельная растопка котла: 1 – топка; 2 – предтопок; 3 – настенные экраны; 4 – окно; 5 – воздушное сопло; 6 – горелка воспламенения; 7 – линия воздуха; 8 – линия мазута; 9 – основная горелка; 10 – кольцевой зазор; 11 – кольцевой зазор; 12 – линия подачи угольной пыли; 13 – основной пылепровод; 14 – байпасный пылепровод; 15 – язычковый шибер; 16 – ремонтный люк

Система растопки работает следующим образом. С помощью запальника воспламеняется жидкое топливо, за счет чего нагревается внутренняя часть горелочного устройства 5. С помощью шибера 15 перекрывается вход основного пылепровода 13 и угольная пыль в растопочном режиме поступает по байпасному пылепроводу 14 внутрь раскаленной циркуляционной трубы 6.

Пылеугольный поток, проходя внутри циркуляциионной трубы 6, прогревается и на входе вспыхивает за счет выделения летучих веществ. Выходя из циркуляционной трубы 6, факел прогревает также и горелочный насадок 9. Затем язычковый шибер 15 устанавливается так, что пыль начинает проходить и по основному пылепроводу 13, поступая через раскаленную циркуляционную трубу 6, которая расположена внутри потока основной пыли, в горелочный насадок 9.

После предварительного прогрева основного потока пыли теплом циркуляционной трубы 6 она легко вспыхивает в ней, поджигаемая факелом от горения пыли, подаваемой по байпасному пылепроводу 14. Этому способствует и раскаленный горелочный насадок 9. После выхода на рабочий режим подача жидкого топлива прекращается.

Телескопическое исполнение горелочного устройства (все части могут перемещаться внутри друг друга) позволяет увеличить или уменьшить поверхность контакта пыли с раскаленными муфельными частями в виде циркуляционной трубы 6 и горелочного насадка 9 в зависимости от скорости выделения горючих летучих из топлива. Это обеспечивает на стадии наладки подбор необходимой длины циркуляционной трубы для безотказного воспламенения угольной пыли на выходе из нее.

На рис.5.19 схематично изображен продольный разрез муфельного предтопка с двухкаскадным воспламенением пыли.

Топка содержит центральную 1 и периферийные 2 камеры сгорания, разделенные экраном 3 и сообщающиеся перепускным окном 4, горелочное устройство 5, выходной участок которого заведен в объем периферийной камеры сгорания, с циркуляционной трубой 6. Перед входным торцом циркуляционной трубы 6 размещены сопла 7 и 8 подачи инжектирующего агента, а со стороны ее выходного торца установлен тарелочный насадок 9 таким образом, что циркуляционная труба 6 размещена внутри горелочного насадка 9 с образованием кольцевого зазора 10 между ними. Также циркуляционная труба 6 образует кольцевой зазор 11 с соплами 7 и 8 подачи инжектирующего агента.

Рисунок 5.19 – Муфельная растопка с двухкаскадным воспламенением пыли. 1, 2 – центральная и периферийные камеры сгорания; 3 – экран;4 – окно; 5 – горелочное устройство; 6 – циркуляционная труба; 7, 8 – сопла; 9 – насадок к горелке; 10, 11 – кольцевые зазоры; 12 – ПВК; 13 – подвод горячего воздуха; 14, 15 – раздвижные части циркуляционной трубы; 16 – привод; 17 – шток; 18 – лаз; 19 – лючок; 20 – гляделка

.

Топка также содержит источники 12 пыли высокой концентрации и 13 горячего воздуха, подсоединенные соответственно к соплу 7 подачи инжектирующего агента и к горелочному насадку 9, а сопло 8 соединено с источником легковоспламеняющегося топлива (газ, мазут). Циркуляционная труба 6 выполнена из двух частей 14 и 15, раздвигающихся между собой, одна -14 - из которых является неподвижной, а другая - 15 - имеет возможность осевого перемещения внутрь периферийной камеры 2 сгорания с помощью привода 16, размещенного вне горелочного устройства и сообщающегося с подвижной частью 15 циркуляционной трубы 6 через шток 17. В периферийной камере 2 сгорания могут быть предусмотрены также лаз 18, лючок 19 и «гляделка» 20 для установки и ремонта горелочного устройства 5, а также для контроля положения подвижной части 15 циркуляционной трубы 6 при переходе режима работы из растопочного на основной.

Топка работает следующим образом. В сопло 8 подачи инжектирующей среды поступает легковоспламеняющееся топливо (газ, мазут), которое поджигается запальником (не обозначен), и прогревается все горелочное устройство 5 при одновременной подаче горячего воздуха из источника 13 горячего воздуха в растопочном режиме. После прогрева горелочного устройства 5 из источника 12 пыли высокой концентрации в растопочном режиме подается пыль с первичным воздухом в сопло 7 подачи инжектирующей среды_: которая воспламеняется в факеле, выходящем из сопла 8, и факелом горелочного устройства 5 прогревается вся периферийная камера 2 сгорания.

После стабилизации горения и выхода на рабочий режим сопло 8 отключается, и воспламенение поступающей пыли происходит за счет факела горящей пыли в циркуляционной трубе 6, а горение поддерживается за счет тепловой инерции горелочного устройства 5 и муфеля периферийной камеры 2 сгорания.

После растопки котла горелочное устройство 5 переводится из растопочного режима в режим штатной горелки котла, мг/м или на 10 – 15 % от общего их количества. Кроме того, увеличение длины циркуляционной трубы за счет возможности осевого перемещения одной из ее частей, позволяет организовать дробную подачу воздуха малыми порциями, что и определяет упомянутое горение с недостатком воздуха снижающее образование оксидов азота.

На рисунке 5.20 представлена схема муфельного предтопка с соплами высоконорного воздуха. Топка содержит центральную и, по меньшей мере, одну периферийную камеры 1 и 2 сгорания, разделенные экраном 3 и сообщающиеся перепускным окном 4, горелочное устройство 5, выходной участок которого заведен в объем периферийной камеры 2 сгорания, с циркуляционной трубой 6, перед входным торцом которой размещено сопло 7 подачи инжектирующей среды и воздушное сопло 8, пристыкованное к соплу 7, соединенные соответственно с источниками 9 и 10 пыли высокой концентрации и высоконапорного холодного воздуха.

Рисунок 5.20 – Схема муфельного предтопка с соплами высоконорного воздуха: 1, 2 – центральная и периферийные камеры сгорания; 3 – экран; 4 – окно; 5 – горелочное устройство; 6 – циркуляционная труба; 7, 8, 15, 16, 19 – сопла; 9, 10 – ПВК;11 – насадок; 12, 13 – кольцевые зазоры; 14 – подвод горячего воздуха; 17 – стенка; 18 – цилиндрическая вставка

Сопло 7 подачи инжектирующей среды выполнено коленообразным, со скошенным углом, к которому соосно с соплом 7 пристыковано воздушное сопло 8, при этом диаметр воздушного сопла 8 меньше, чем диаметр сопла 7. На выходном торце циркуляционной трубы 6 установлен горелочный насадок 11 с кольцевым зазором 12 между ними, причем циркуляционная труба 6 размещена внутри горелочного насадка 11. Также циркуляционная труба образует кольцевой зазор 13 с соплом 7 подачи инжектирующей среды. Топка также содержит источник 14 слабонапорного горячего воздуха. В кольцевой зазор 12 между циркуляционной трубой 6 и горелочным насадком 11 спутно потоку заведены сопла 15 высоконапорного холодного воздуха, подключенные к источнику 10 высоконапорного холодного воздуха, выходные торцы которых размещены в плоскости выходного и входного торцов в соответственно циркуляционной трубы 6 и горелочного насадка 11, соединенного с источником 14 слабонапорного горячего воздуха через сопло 16, внутрь которого через стенку 17 заведено сопло 7 подачи инжектирующей среды. Выходной торец воздушного сопла 16 выполнен в виде цилиндрической вставки 18, которая может быть легко заменена, и через стенки которой в кольцевой зазор 12 заведены указанные воздушные сопла 15 подачи холодного высоконапорного воздуха, в одно из которых при необходимости может подаваться пыль высокой концентрации от источника 9. Топка также содержит сопло 19 подачи легковоспламеняющегося топлива (газ, мазут, соляровое масло или термоуголь). Горелочное устройство 5 выполнено из термостойкой стали.

Топка работает следующим образом. Включается сопло 19 легковоспламеняющегося топлива, факел которого поджигается с помощью запальника (не обозначен). После прогрева горелочного устройства 5 в растопчатом режиме включается подача пыли высокой концентрации в сопло 7 подачи инжектирующей среды от источника 9 пыли высокой концентрации с одновременной подачей высоконапорного холодного воздуха в воздушное сопло 8 от источника 10 высоконапорного холодного воздуха и осуществляется подача горячего слабонапорного воздуха в сопло 16 от источника 14. Включаются также сопла 15 подачи высоконапорного холодного воздуха от источника 10 в растопочном режиме. В циркуляционной трубе 6 пыль воспламеняется и выходит из горелочного устройства 5 в периферийную камеру 2 сгорания и прогревает ее. После прогрева стенок камеры 2 сгорания, которые выполнены в виде муфеля и поддерживают тепловую эмиссию при работе горелочного устройства 5 при отключенном сопле 19 подачи легковоспламеняющегося топлива, и при пульсациях питателя (не обозначен) осуществляется падача пыли высокой концентрации, что исключает обрыв факела. Подача холодного высоконапорного воздуха через сопла 8 и 15 увеличивает эжекцию в циркуляционной трубе 6 и горелочном насадке 11, так как увеличивается скорость истечения аэросмеси на выходном срезе торца сопла 7 подачи инжектирующей среды и на выходном срезе торца циркуляционной трубы 6, что позволяет подсасывать в циркуляционную трубу 6 больший объем горячего воздуха из сопла 16, что способствует воспламенению пыли. Кроме того, подача высоконапорного холодного воздуха в сопла 15 затягивает горячий воздух из сопла 14 в зону основного горения пыли и увеличивает дальнобойность факела, выходящего из горелочного устройства 5. Кроме того, пыль высокой концентрации требует значительного разбавления воздухом для воспламенения, что и достигается в предлагаемом техническом решении за счет дробной подачи воздуха как на стадии воспламенения, так и на стадии основного горения. Для коррекции соотношения пыль-воздух в одно из сопел 15 может подаваться пыль высокой концентрации, что обеспечивает двухкаскадное воспламенение пыли: первичное воспламенение происходит внутри циркуляционной трубы 6, а основное горение - при выходе из нее, для чего нужен дополнительный воздух, подаваемый из сопел 15. По выходе топки на основной режим сопло 19 подачи легковоспламеняющегося топлива отключаются, а горелочное устройство 5 может работать как штатная горелка.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить эффективность воспламенения пыли за счет организации двухкаскадного воспламенения пыли в одной горелке, первая стадия которого происходит в циркуляционной трубе, а вторая - в горелочном насадке, куда подается дополнительный воздух из сопел 15, кроме того, производится коррекция концентрации пыли как на первой стадии воспламенения за счет подачи воздуха из сопла 10, так и на второй - за счет подачи воздуха из сопел 15.

Рисунок 5.21 – Схема подачи пыли в муфельные предтопки с промежуточным бункером: 1, 2 – паровые котлы; 3 – пылеугольные мельницы; 4 – пылеугольные горелки; 5 – переключатели воздушной смеси; 6 – циклонный пылеотделитель; 7 – растопочный бункер; 8 –мельничный вентилятор; 9 – питатели пыли; 10 – переключатель пыли; 11 – растопочные муфельные горелки; 12 – подвод воздуха от дутьевого вентилятора

При передозировке воздуха в одно из сопел 15 может подаваться пыль для создания оптимальной концентрации и соотношения пыль/воздух. Имеется также возможность увеличения эжекции в горелочное устройство 5 горячего воздуха из сопла 16 и увеличения дальнобойности факела при работе сопел 8 и 15.

Наиболее удобно осуществлять систему растопки на котлах с промежуточным бункером (рис. 5.21). При этом угольная пыль может подаваться либо по специальным растопочным пылевоздуховодам с установкой растопочных питателей, либо путем установки переключателей пылевоздушной смеси, обеспечивающих на период растопки переключение пылевоздушного потока с растопочной горелки на основную.