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 горелки.

Вихревыми называют горелки, у которых первичный и вторичный воздух или только вторичный воздух закручивается 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. 12.1. Наименование горелки отражает способ ввода первичного (с пылью) и вторичного воздуха. Так, в показанной на рис. 12.1, 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. 12.2. 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. 12.1, б÷д, мазутные форсунки установлены по центру горелки.

В прямоточных щелевых горелках (рис. 12.3, а) подача в топку аэросмеси и вторичного воздуха осуществляется раздельно через узкие щели. Такие горелки выполняются с внешним 1 и с внутренним 2 вводом вторичного воздуха. В прямоточных сопловых горелках (рис. 12.3, б) ввод аэросмеси и вторичного воздуха осуществляется раздельно через круглые сопла.

Примером прямоточной щелевой горелки является широко используемая поворотная горелка. В этой горелке (рис. 12.4) 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 и сопротивление горелочного устройства.

Схема зажигания пылевоздушной смеси для вихревых турбулентных горелок показана на рис. 12.5, 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. 12.5, 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 вторичного воздуха (рис. 12.5, в), при этом улучшаются 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 сжигании 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 w₂ 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 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 комбинированные пылегазовые горелки, что значительно упрощает топливно-воздушные коммуникации. На рис. 12.6 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 в ряде случаев угольная пыль вводится в топочную камеру через специальные горелки—амбразуры (рис. 12.7). В установках малой производительности подача готовой угольной пыли с первичным воздухом иногда осуществляется при помощи простейшей открытой амбразуры (рис. 12.7, а). Сопла-шлицы 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. 12.7, б) обеспечивают увеличение угла раскрытия 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. 12.7, 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. 12.7, 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 амбразур и сопл вторичного воздуха вихревыми пылеугольными горелками. На рис. 12.7, 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 показателя экономичности топки.