Горелочные устройства промышленных и энергетических котлов

Основные характеристики горелок:

1. По давлению газа подразделяют на горелки:

· низкого давления – до 5 кПа (500 мм вод. ст.);

· среднего давления – 5 кПа–0,3 МПа (500 мм вод. ст. – 30 м вод. ст.);

· высокого давления - более 0,30 МПа (> 3 атм).

2. Тепловая мощность горелки рассчитывается как N= .

3. Коэффициент предельного регулирования горелки по мощности n=N_max/N_min, который должен быть не менее 3. Коэффициент регулирования мощности пропорционален корню квадратному из отношения максимально и минимального давления перед горелкой: n~B_max/B_min~W_max/W_min; ~ . Для того чтобы коэффициент регулирования n был равен 3, должна быть возможность изменения давления в 10 раз.

4. Коэффициент избытка воздуха a (в том числе первичного и вторичного).

5. Номинальная относительная длина факела , которая представляет собой расстояние от выходного сечения, выражения в калибрах горелки до точки, где концентрация СО₂ составляет 95 % от максимального значения.

6. Уровень шума допускается до 85 дБ.

Различают два основных типа - кинетические и диффузионные горелки. В зависимости от способа подвода воздуха дутьевые горелки делятся на прямоточные и вихревые. Обычно горелочные устройства котлов комбинированные, рассчитанные на сжигание различных видов топлива.

Вертикально-щелевая горелка (рис. 6.2) широко использовалась при переводе котлов ДКВР на сжигание газа.

Рис. 6.2. Вертикально-щелевая горелка:

1 – коллекторы подачи газа; 2 – воздушный короб; 3 – отверстие для запальника;

4 – гляделка; 5 – амбразура; 6 – профилирующие листы; 7 – теплоизоляционный слой;

8 – кладка

Газораспределительная часть включает в себя две трубы Æ 40-60 мм. В каждой трубе насверлен ряд отверстий под углом 45° к оси горелки. Газовоздушная смесь подается в щель, имеющую сечение шириной 80 мм. Высота щели определяется тепловой мощностью горелки. Параметры горелок: a = 1,05-1,1; тепловая мощность N = 0,89-2,22 МВт. Горелка предназначена для котлов паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч. На котле устанавливают 4 горелки по 2 на каждой боковой стороне топки.

В газомазутных горелках ГМГ (рис. 6.3) воздух первичный и вторичный закручиваются лопаточными аппаратами в одну сторону. Газ подается из кольцевого коллектора через отверстия малого диаметра, зависящие от теплоты сгорания газа. Горелки ГМГ выпускают тепловой мощностью 1,5; 2; 4; 7 Гкал/ч. Для распыливания мазута используют паромеханические форсунки с давлением мазута 2-5 атм, давление пара составляет 0,6-2 атм.

Для больших мощностей (от 4 до 30 Гкал/ч) выпускают горелки РГМГ (рис. 6.4), отличающиеся тем, что вместо паромеханической устанавливается ротационная форсунка. Ротационные форсунки устанавливают на водогрейных котлах в котельных, не имеющих пара.

Для котлов большой и средней мощности получили распространение комбинированные пылегазовые горелки ОРГРЭС (рис. 6.5). Горелка предназначена для сжигания тощих углей и природного газа. При сжигании газа подача воздуха осуществляется через канал вторичного воздуха. Скорость истечения газа из отверстий 60-150 м/с. Скорость истечения воздуха 35 м/с. Длина факела при работе на газе 3 м.

Рис. 6.3. Горелка ГМГ:

1 – газовоздушная часть; 2, 5 – лопаточные завихрители вторичного и первичного воздуха; 3 – монтажная плита; 4 – керамический туннель; 6 – паромеханическая форсунка

К диффузионным горелкам относится горелка ТКЗ для сжигания доменного газа (рис. 6.7). Газ и воздух в соизмеримых количествах поступают с противоположных сторон приемного двустороннего коллектора.

Рис. 6.7. Горелка ТКЗ для доменного газа:

1 – приемный двусторонний коллектор для газа и воздуха; 2 – шиберы для регулировки подачи воздуха; 3 – слоистый распределитель; 4 – щели для воздуха; 5 – сопла для газа

Далее газ и воздух проходят через слоистый распределитель параллельными перемежающимися плоскими потоками. Из горелок воздух выходит через щели плоскими потоками с обеих сторон газового сопла, что создает благоприятные условия для смешения потоков. Скорость газа и воздуха на выходе из сопел составляет ~20-30 м/с. Производительность горелки по доменному газу составляет 3,35-4,2 м³/с (12000-15000 м³/ч).

Диффузионные горелки применяют чаще всего на установках с большим объемом камеры сгорания, когда за счет растянутого горения требуется обеспечить равномерную теплоотдачу по всей тепловоспринимающей поверхности. Достоинством диффузионных горелок являются большие пределы регулирования (отсутствует опасность проскока пламени), безопасная работа при практически неограниченной температуре подогрева воздуха, высокая степень черноты факела, возможность работы без дутья и при низком давлении газа. К недостаткам относятся необходимость некоторого повышения коэффициента избытка воздуха (a = 1,1-1,15) по сравнению с кинетическими горелками, более низкие тепловые напряжения топочного объема и ухудшения условия догорания в хвостовой части факела.