Notice: Undefined index: user_id in /pub/home/rosteplo/htdocs/wiki/extensions/LSIntegration/LSIntegration.hooks.php on line 50

Notice: Undefined index: PHPSESSID in /pub/home/rosteplo/htdocs/wiki/extensions/LSIntegration/LSIntegration.hooks.php on line 14

Notice: Undefined index: user_id in /pub/home/rosteplo/htdocs/wiki/extensions/LSIntegration/LSIntegration.hooks.php on line 18
Топки циклонные — РосТепло Энциклопедия теплоснабжения

Работаете в энергетике? Присоединяйтесь к нашему сообществу http://www.rosteplo.ru/soc/registration

Вы можете редактировать страницы энциклопедии

Топки циклонные

Материал из РосТепло Энциклопедия теплоснабжении
Перейти к: навигация, поиск
← Топки газомазутные Содержание Классификация камерных топок →


Содержание раздела

Одним из наиболее характерных отличительных свойств циклонных топок является то, что на интенсивность горения топлива в первую очередь оказывает влияние продолжительность пребывания частиц топлива в камере сгорания и для циклонных топок чем дольше, тем интенсивней (в определенных пределах разумеется).

Геометрические особенности циклонной камеры (тангенциальная подача всего или большей части воздуха в камеру с большими скоростями при центральном выходе газов через обратное сопло, образующего пазуху) обусловливают структуру циклонного пространственного потока. Вектор скорости в циклонном потоке можно разложить на три характерные составляющие: осевую скорость Wx, вращательную (тангенциальную) скорость Wt, и радиальную скорость Wr. Из них для циклонного метода сжигания наибольшее значение имеет вращательная скорость. Соотношение Wt / Wx характеризует степень отклонения винтового потока от прямого течения – крутку потока. В горизонтальных циклонах вихревой поток совершает не больше одного оборота.

На рис. 4.35 приведено распределение вращательных скоростей в диаметральном сечении камеры; Wt вдоль по радиусу сильно изменяется. В общем виде ее изменение описывается уравнением:

Wt rn= const,

где r – текущий радиус, м; n – показатель степени, изменяется от +1 до –1.

Вектор максимальной скорости Wt макс с местоположением в точке, лежащей на окружности с радиусом, примерно равным rмакс = 1/3 Rц, делит эпюру скоростей на две части, имеющие различный закон изменения Wt от радиуса. В периферийной части потока от r = Rц до r = rмакс с уменьшением r скорость вращения увеличивается. В этой области показатель степени n переменный и изменяется в пределах 1–0; участок с n = 1 соответствует потенциальному вращению.

В центральной части потока от r = rω до r = 0 вращательное движение газов близко к квазитвердому, т.е. вращательная скорость уменьшается до нуля на оси вращения согласно закону:

Wt / r =ω = const


где ω – угловая частота вращения.

Область на участке rωrмакс является переходной.

Соответственно распределению вращательных скоростей статическое давление максимально у стенки камеры и уменьшается к ее центру. При сильной крутке в центре циклона давление может понизиться настолько, что из камеры дожигания в циклон устремятся горячие газы, создавая обратный осевой поток. Глубина проникновения этого потока зависит от интенсивности крутки. При горении из-за увеличения объема газов и повышения вязкости глубина проникновения обратного потока в глубь циклона уменьшается.

По выходе из сопл струя газов испытывает сопротивление, в связи с чем по мере перемещения газов в циклоне начальный момент количества движения их уменьшается. Имеет место соотношение:

WвхRц > Wt r.

 

Отношение моментов количества движения газов называется коэффициентом сохранения тангенциальной скорости\[ ε = \frac{W_t * r }{W_{вх} * R}< 1 \]


При тангенциальном подводе вторичного воздуха величина ε зависит также от соотношения площадей сопл и поперечного сечения циклона.

Основными типами циклонных топок являются топки:

- с горизонтальными циклонами;

- с вертикальными цилиндрическими предтопками;

- с вертикальными циклонами.

Указанные основные типы циклонных топок первоначально разрабатывались для твердых дробленых или пылевидных топлив, но при установке соответствующих горелок (форсунок) успешно могут работать на газообразном и жидких видах топлив.

[править] Топки с горизонтальными циклонами

Топки с горизонтальными циклонами (рис. 4.36.) – трехкамерные, состоят из камер сгорания 1, дожигания 2 и охлаждения 3. Камера сгорания выполнена в виде цилиндра из кипятильных труб ∅ 38 мм и устанавливается горизонтально, с внутренней стороны футерована пластичной хромитовой массой, набитой на шипы ∅ 10 и длиной 15 мм. Шипы приварены к трубам в шахматном порядке с шагом 25 мм. С наружной стороны камеру покрывают металлической обшивкой с термоизоляцией.

Топка с горизонтальными циклонами.png

Рис. 4.36. Топка с горизонтальными циклонами: 1 – циклонная камера сгорания; 2 – камера дожигания; 3 – камера охлаждения; 4 – вихревая горелка

В циклонных камерах сжигают угрубленную пыль и дробленку, получаемую дроблением угля в молотковых мельницах до остатка R5 = 5 ÷ 10%. В дробленке основную массу составляют частицы размером 0,5–1 мм.

Для котлов небольшой мощности применяют индивидуальную систему дробления, а для мощных – центральную систему дробления, откуда дробленка подается в бункера котла.

Для сжигания дробленки применяют вихревую горелку 4, которую в циклоне устанавливают в центре передней стены, имеющей слабоконическую форму. Плоская задняя стена переходит в коническое сопло-ловушку.

Дробленка угля через горелку подается аксиально первичным воздухом со скоростью 30–35 м/с. Количество первичного воздуха составляет 15–20% от всего воздуха, подаваемого для горения. Вторичный воздух вводится в камеру тангенциально со скоростью, доходящей до 150 м/с, через сопла с индивидуальным регулированием. Сопла расположены на верхней образующей циклона и занимают 2/3 его длины.

При наличии шлакоулавливающего пучка в циклонной топке в жидком виде улавливается до 85–90% золы; а при отсутствии – 80%, унос не превышает 15–20%. В связи с высоким шлакоулавливанием в этих топках встает вопрос об использовании физического тепла жидкого шлака.

Интенсивность и экономичность топок с горизонтальными циклонами при сжигании каменных углей характеризуются следующими показателями. Тепловое напряжение камеры сгорания достигает 2–6 МВт/м3 [2–5 Гкал/(м3⋅ч)]. Однако из-за необходимости иметь развитые камеры охлаждения общее тепловое напряжение топок с горизонтальными циклонами не превышает Q/V = 0,23 МВт/м3 [200×103 ккал/( м3⋅ч)]. Форсировка поперечного сечения циклонной камеры составляет Q/F = 14 ÷ 21 МВт/м2 [10–12 Гкал/(м2⋅ч)]. Тепловые потери q3 + q4 не превышают 1–1,3%. Благодаря низким тепловым потерям и малым избыткам воздуха к.п.д. котлов с циклонными топками составляет 93,5–95%. Сжигание топлива в виде дробленки или грубой пыли одновременно позволяет уменьшить расход электроэнергии на размол.

Нормальная работа циклонной топки в пределах от 40 до 100% номинальной нагрузки котла может вестись изменением нагрузки циклонов или выключением части их. Регулирование выключением части циклонов позволяет вести работу остающихся циклонов с высокой форсировкой, а следовательно, при высоких температурах и высокой текучести жидкого шлака независимо от нагрузки котла.

Циклонные камеры выполняют диаметром от 1,8 до 4 м, единичная производительность по пару составляет от 10 до 60 кг/с (35–210 т/ч).

Ниже приводятся рекомендации по конструктивным размерам горизонтальных циклонных камер. Эти размеры даны в отношении к диаметру циклона Dц, который принят за определяющий размер (рис. 4.37).

Основные конструктивные соотношения для горизонтальных циклонных камер.jpg

Рис. 4.37. Основные конструктивные соотношения для горизонтальных циклонных камер


  • Длина циклонаLц = 1,25 Dц
  • Длина сопла lс = 0,25 Dц
  • Длина участка установки сопл вторичного воздухаl = 0,75 Dц
  • Диаметр соплаdс = 0,44 Dц
  • Выступ h равен высоте сопл вторичного воздуха, угол раскрытия передней стены á = 130°.

По режимным параметрам даются следующие рекомендации: температура подогрева воздуха 350–400 °С; избыток воздуха áц = 1,05÷1,1.

Расход первичного воздуха принимается равным 15% общего расхода воздуха на горение при нормальной производительности независимо от нагрузки для поддержания постоянной скорости на выходе из горелок.

Так как скорость вторичного воздуха на входе в камеру составляет W2 = 130÷150 м/с, то эти топки снабжаются высоконапорными вентиляторами с напором 10–20 кПа. Поэтому расход энергии на 10–12% выше, чем у обычных пылеугольных котлов.

Преимуществом горизонтальных циклонных топок по сравнению с другими типами циклонных предтопков является возможность сжигания дробленки, а недостатком – высокое гидравлическое сопротивление.

Применение циклонных топок позволяет получить компактные топочные устройства.

По условиям общей компоновки горизонтальные циклонные камеры удобно располагать со стороны фронтовой стены котла в один или два яруса в количестве до 5 шт. На котлах мощностью свыше 200 кг/с (700 т/ч) циклонные камеры устанавливают в один ярус на фронтовой и задней стенах топки до 6–7 шт. на каждой стене.

Топки с горизонтальными циклонами рекомендуются для сжигания маловлажных бурых углей и каменных углей с выходом летучих на горючую массу не менее 18–20%, с приведенной зольностью до 1,5% × кг/МДж, температурой плавления золы 1450–1500 °С и вязкостью шлака при 1430 °С не выше 250 П.

Топки с горизонтальными циклонами могут применяться также для сжигания мазута и газов.

Для сжигания углей АШ, ПА и Т топки с горизонтальными циклонами не могут быть использованы из-за недостаточно устойчивого зажигания.

 

[править] Топка с вертикальным цилиндрическим предтопком

Вертикальный циклонный предтопок ВТИ (рис. 4.38) выполняется цилиндрическим Dц = 2,25÷3,25 м и высотой (3,5÷5) Dц. Экранные трубы предтопка ошипованы и футерованы карборундом.

Топка с вертикальным цилиндрическим предтопком ВТИ.png

Рис. 4.38. Топка с вертикальным цилиндрическим предтопком ВТИ: 1 – циклонный предтопок; 2 – горелка; 3 – воздухопровод; 4 – шлакоулавливающий пучок; 5 – камера охлаждения; 6 – сброс отработанного сушильного агента

Производительность циклона по пару 16–20 кг/с. Для котла D = 700 кг/с (2500 т/ч) блока 500 МВт принято 12 предтопков с производительностью каждого 58 кг/с (208 т/ч). При производительности котлов до 66 кг/с (240 т/ч) предтопки располагают перед фронтом, а при большей – встречно со стороны боковых или фронтовой и задней стен, в ряде случаев вписанными в общую камеру охлаждения.

К нижней части предтопка, примыкающей к камере охлаждения, трубы разведены в четырехрядный шлакоулавливающий пучок. Летка ∅ 500 мм на дне предтопка образована его экранными трубами.

Топка в вертикальным предтопком предназначена для сжигания пыли угрубленного размола АШ, ПА, каменных и бурых углей, имеющих благоприятные температурные и вязкостные характеристики золы и шлака.

Особенностями вертикальных цилиндрических предтопков являются большее развитие их высоты и отсутствие на выходе обратного сопла с пазухой. Последнее обстоятельство исключает образование обратного кольцевого вихря и циркуляционного движения в районе выходного отверстия. В связи с увеличенной высотой получается более умеренное объемное тепловое напряжение предтопка Q/Vц = (1,1÷1,8) МВт/м3 по сравнению с горизонтальными циклонами.

В вертикальном цилиндрическом предтопке, так же как в горизонтальных циклонах, горение организуется в вихревом потоке. Для этого применяются вихревые горелки с лопаточными завихрителями. Горелки размещаются аксиально по одной штуке на потолке каждого предтопка. Вторичный воздух полностью или частично подается через горелки. Во втором случае остальная часть вторичного воздуха подается через сопла, расположенные на боковой поверхности предтопка в его верхней части.

Вертикальные цилиндрические предтопки отличаются высокой экономичностью работы, выгорание топлива достигает 97–98% при сжигании бурых и каменных углей и 90% при сжигании АШ. Коксовый остаток догорает в футерованной части камеры охлаждения. Суммарные топочные потери при сжигании бурых и каменных углей составляют q3 + q4 ≈ 0,5%, а при сжигании АШ – q4 ≈ 3%. Характеристики циклонных и двухкамерных топок приведены в табл. 4.10.

[править] Топка вертикальная циклонная

Топка вертикальная циклонная (рис. 4.39) предназначена для сжигания угрубленной угольной пыли (R90 ≤ 30 ÷ 40 %). Камера сгорания выполнена в виде вертикального циклона и расположена под камерой охлаждения. Циклонная камера и присоединительная горловина 1, в нижней части которой размещается шлакоулавливающая решетка, а верхняя – служит камерой дожигания, экранированы и футерованы. Камера охлаждения выполнена с открытыми экранами.

Прямоточные щелевые горелки 2 расположены тангенциально на боковых стенах в верхней части камеры сгорания. Первичный воздух с угольной пылью подается через горелки со скоростью 25–35, а вторичный – 40–60 м/с. Продукты сгорания из циклонной камеры выходят через горловину 1 вверх, переходя последовательно в камеру дожигания и охлаждения. Горловина в виде центрально установленного цилиндра, низко опущенного в камеру сгорания, выполняется из экранных труб, включенных в контур циркуляции котла.

Углублением внутреннего цилиндра в циклон достигается ввод вращающегося факела в него так, чтобы и при малых нагрузках горячие продукты сгорания омывали дно циклона, обеспечивая высокий нагрев и текучесть удаляемого жидкого шлака. Это мероприятие также увеличивает улавливание золы в циклоне.

Вертикальная циклонная топка.jpg

Рис. 4.39. Вертикальная циклонная топка

В результате осуществления тангенциального ввода струи пылевоздушной смеси и аксиального выхода продуктов сгорания в этой циклонной камере достигается высокое шлакоулавливание. Даже без шлакоулавливающей решетки до входа продуктов сгорания в горловину улавливается 75–80% шлака.

По имеющимся эксплуатационным данным примерно 90% пыли сгорает в непосредственной близости от горелок. Оставшиеся 10% наиболее грубой пыли догорают в камере дожигания. Более крупные частицы удерживаются в камере сгорания и выгорают при большей скорости омывания потоком газов. Тепловое напряжение объема вертикального циклона составляет Q/V = 1 ÷ 1,4 МВт/м3, а сечения Q/F = 3,5 ÷ 4 МВт/м2.

Котлы с вертикальными циклонами выполняют паропроизводительностью до 125 кг/с (450 т/ч) с числом циклонов от одного до четырех и одной камерой охлаждения.

Таблица Характеристики циклонных и двухкамерных топок.png

Личные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты