5.5 Пылеугольные топки

5.5.1. Сжигание высокореакционных топлив

Широкое применение сжигания пыли в факеле стало возможным лишь при установке в топочной камере охлаждаемых водой экранов, обеспечивающих защиту стенок топки от воздействия высокой температуры и предотвращающих шлакование конвективных поверхностей.

Экраны воспринимают тепло от раскаленных газов, снижают их температуру так, что при входе в конвективные пучки частицы пыли находятся уже в затвердевшем состоянии и не налипают на трубы.

При сжигании топлив с легкоплавкой золой необходимо охладить продукты сгорания в топочной камере настолько, чтобы температура газов перед фестоном была не выше температуры начала деформации золы. В противном случае произойдет шлакование поверхностей, расположенных за фестоном.

Пылеугольные топки, в которых выпадающая зола удаляется в твердом виде, называются топками с твердым шлакоудалением. Для охлаждения оседающих в топке шлаковых частиц нижнюю часть топки выполняют в виде холодной шлаковой воронки, имеющей сплошное экранирование стен. Наклон стенок воронки составляет 60, что обеспечивает сползание гранулированного шлака. Недостатком пылеугольных топок с твердым шлакоудалением является вынос из топочной камеры основной массы золы топлива. Это определяет невозможность интенсификации теплообмена конвекций, так как скорость движения газового потока ограничивается условиями истирания труб золой.

При твердом шлакоудалении холодная воронка неблагоприятно влияет на процесс горения, так как зона низкой температуры оказывается в непосредственной близости от горелок. Поэтому стараются расположить горелки на достаточном удалении от холодной воронки, что увеличивает высоту топки.

При значительном экранировании топки затрудняется воспламенение, особенно малореакционных топлив. Поэтому при сжигании малореакционных топлив применяют зажигательный пояс, который представляет собой часть топочных экранов, утепленных огнеупорным покрытием в области горелок.

Для выбора рациональной конструкции целесообразно топлива подразделить на две группы: высокореакционные и низкореакционные. К первой группе относятся бурые угли, сланцы, торф, каменные угли с V^г > 28 % и k_л.о>1,2. Сушка топлива в системе приготовления осуществляется горячим воздухом либо смесью воздуха и продуктов сгорания, отбираемыми из топки. Часть воздуха, используемая для сушки и транспорта пыли, называется первичным воздухом. Доля первичного воздуха зависит от влажности, выхода летучих веществ и реакционной способности топлива.

Топки с прямым вдуванием и фронтальными горелками

Для широкой гаммы высокореакционных топлив рациональными являются топки с молотковыми мельницами с прямым вдуванием угольной пыли, либо мельницами-вентиляторами. В качестве сепарационных устройств на мельницах устанавливают вертикальные шахты прямоугольного сечения с размещаемыми в них низконапорными горелками. Применяются следующие типы низконапорных горелок: открытые амбразуры с горизонтальными рассекателями ЗИО (рис. 5.11), эжекционные амбразуры ЦКТИ (рис. 5.12) и вихревые упрощенные горелки. В топке с горизонтальным рассекателем вторичный воздух подается со скоростью 25-30 м/с через сопла, расположенные над амбразурой и под ней. При эжекционных амбразурах вторичный воздух подается через щелевые сопла, размещенные в амбразуре. В этих топках часть вторичного воздуха, примерно 10 %, подается через сопла, расположенные на задней стенке топки, для предотвращения её шлакования.

Рис. 5.11. Горелка с горизонтальный рассекателем в амбразуре:

1 – головка сепарационной шахты; 2 – рассекатель;

3 – сопла вторичного воздуха

Рис. 5.12. Головка шахтного сепаратора с эжекционной амбразурой:

1 – сопла, направленные вверх;

2 – сопла, направленные вниз

Топки с плоскими параллельными струями

В топке МЭИ с плоскими параллельными струями верхняя часть сепарационной шахты плавно переходит в каналы горелок. Горелки – прямоточные (рис. 5.13), щелевые с вытянутым прямоугольным сечением амбразур, отношение высоты амбразуры к ширине составляет 4-6. Сопло вторичного воздуха вместе с выходной амбразурой и каналами пылевоздушной смеси образуют эжектор, что обеспечивает работу мельниц под разрежением. Факел в топке организован в виде плоских параллельных струй, в которых обеспечивает условия для устойчивого зажигания интенсивного выгорания:

• лучшие условия воспламенение, так как первичный воздух с угольной пылью подаются снаружи и непосредственно контактируют с раскаленными продуктами сгорания;

• увеличивается поверхность факела, т.е. поверхность фронта горения;

• вторичный воздух подается внутрь факела, что улучшает смешение;

• при более высоких температурах в зоне активного горения повышается радиационная теплоотдача.

Сжигание высоковлажных топлив в топках с прямым вдуванием

С увеличением влажности топлива уменьшается его теплота сгорания, объемы продуктов сгорания увеличиваются, снижается теоретическая температура горения и температура в зоне горения, затрудняется размол, снижается устойчивость воспламенения и горения.

Рис. 5.13. Топка с плоскими параллельными струями:

1 – головка сепарационной шахты;

2 – амбразура горелки; 3 – сопло вторичного воздуха;

4 – каналы подачи пылевоздушной смеси;

5 – перфорированные коллекторы для подачи природного газа при сжигании газов; 6 – короб дополнительной подачи воздуха при сжигании газов

1 – сопла, направленные вверх;

2 – сопла, направленные вниз

Для улучшения размола и сжигания высоковлажных твердых топлив предусмотрена их подсушка газами с температурой 900-1000 °С, отбираемыми из топочной камеры. Для размола топлив используют мельницы-вентиляторы, которыми одновременно подается воздух и создается разрежение, необходимое для отбора топочных газов. При этом становится возможным повысить температуру сушильного агента до ~ 180-200 С, лучше идет сушка, идет частичная возгонка летучих, снижается взрывоопасность, повышается температура в топке, обеспечивается более раннее воспламенение.

На рис. 5.14 представлена топка котла производительностью 280 т/ч для сжигания назаровского угля. Сушка топлива осуществляется топочными газами. Топочные газы отбираются через газозаборное окно под действием разрежения, создаваемого мельницей-вентилятором. По газоходу газы поступают в сушильную камеру, а затем в мельницу. В сушильную камеру в горячие газы по течке питателем подается топливо. Для регулирования температуры сушильного агента – газовоздушной смеси – в газоход по воздуховоду подается горячий воздух. Угольная пыль в потоке отработавшего сушильного агента подается в центральный канал вихревой горелки.

Благодаря глубокой подсушке высоковлажного топлива, более высокой температуре горючей смеси зажигание становится устойчивым, хорошо подсушенная пыль интенсивно выгорает.

Рис. 5.14. Топка с мельницами-вентиляторами:

1 – мельница-вентилятор;

2 – газозаборное окно;

3 – газоход; 4 – течка;

5 – питатель; 6 – сушильная камера; 7 – воздуховод;

8 – пылепровод; 9  вихревая горелка; 10 – вторичный воздух

Сжигание высоковлажных топлив с обогащением горючей смеси

При очень большой влажности =3-10% , количество газов отбираемых из топки увеличивается до 0,4-0,6 от общей массы продуктов сгорания. Это вместе с большим количество водяных паров приводит к ухудшению условий выгорания и воспламенения, зажигание становится неустойчивым, затягивается догорание, увеличиваются потери q₄ и q₃. Улучшение сжигания высоковлажных топлив реализовано с применением в системе пылеприготовления пылеконцентратора (рис. 5.15). В топке с пылеконцентратором (рис. 5.16) сушка топлива проводится газами с температурой t=900-950 C, отбираемыми из верхней части топки. Газы через газозаборное окно и газоход поступают в сушильную камеру, куда по течке подается топливо. Из мельницы-вентилятора отработавший сушильный агент с пылевидным топливом направляется в пылеконцентратор. Пройдя расположенный в пылеконцентраторе аксиальный закручивающий аппарат, большая часть пыли, 80-85,8 % от всего количества отбрасывается на периферию потока и с небольшим количеством отработавшего сушильного агента, около 20-25 %, через горелки направляется в топку. Оставшееся небольшое количество тонкой пыли с большей частью отработавшего влажного

Рис. 5.15. Схема пылеконцентратора: 1 – корпус; 2 – завихритель; 3 – рассекатель; 4 – основной отвод	Рис. 5.16. Топка с пылеконцентратором: 1 – газозаборное окно; 2 – газоход; 3 – сушильная камера; 4 – течка, 5 – питатель пыли; 6 – мельница-вентилятор; 7 – пылеконцентратор; 8  рассекатель; 9 – основная горелка; 10 – сбросная горелка; 11  воздуховод

сушильного агента направляется в топку через сбросные горелки. В топке обеспечивается устойчивое воспламенение факела обогащенной пылевоздушной смеси. Сухая мелкая пыль с обедненной частью пылевоздушной смеси, при подаче ее через сбросные горелки в газовую среду с высокой температурой также успевает в значительной мере выгореть.

Вихревые топки низкотемпературного сжигания

На котлах средней производительности ЛПИ [11] применена вихревая низкотемпературная топка (рис. 5.17). В ней горелки выполнены с амбразурами прямоугольного сечения, наклоненными вниз на 45º. Вторичный воздух подается через сопла, установленные в нижней части заднего ската холодной воронки, со скоростью 40-60 м/с. Струи первичного и вторичного воздуха образуют вихрь горизонтального вращения. Вихревое движение воздуха и продуктов сгорания обеспечивает устойчивое зажигание топлив. Особенностью топки является организация многократной циркуляции значительной части топлива и его сгорание в вихревом движении, что позволяет применять угрубленный помол топлива. Несгоревшая часть топлива переносится в струи вторичного воздуха и сгорает в общем потоке. Достоинства вихревых топок: снижение температуры в зоне горения на 150-200 ºС, в конце топки на 15-25 ºС, бесшлаковочная мощность котла повышается на 15-25 %, снижается выброс оксидов азота. Недостатком вихревых топок является несколько повышенный механический недожог и износ поверхностей нагрева в холодной воронке.

Рис. 5.17. Низкотемпературная вихревая топка для сжигания дробленки угля:

1 – шнековый питатель;

2 – сопло; 3 – вентилятор горячего воздуха; 4 – охлаждаемый козырек; 5 – испарительные панели

Сжигание сильношлакующих углей

Сильношлакующими топливами являются бурые канско-ачинские угли, подмосковные угли, торф отдельных месторождений, эстонские сланцы.

Температура нормального жидкого шлакоудаления, при которой вязкость шлака составляет 20 Па·с, у назаровского и ирша-бородинского составляет 1300 С, поэтому данные угли рекомендуется сжигать в топках с жидким шлакоудалением. Сушка топлив осуществляется горячими газами, используют схемы пылеприготовления с промежуточным бункером пыли. Отработанные сушильные газы с мелкодисперсными частицами сбрасывают в верхнюю часть предтопка.

Топочная камера состоит из двух вихревых вертикальных предтопков (рис. 5.18). в которых расположено по 8 горелок в 2 яруса, тангенциально к воображаемой окружности диаметром 980 мм. Щелевые прямоточные двухканальные горелки установлены так, чтобы вторичный воздух защищал стенку предтопка от прямого воздействия факела. При номинальной нагрузке котла в предтопке достигается температура 1600 ºС, что обеспечивает надежное удаление жидкого шлака.

Рис. 5.18. Топка с восьмигранными предтопками котла БКЗ-320-140 ПТ5