Студопедия — Лекция 5.
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Лекция 5.






Тема: Топки паровых котлов. Организация топочного процесса. Топочные устройства. Организация дутья в паровых котлах.

Цель: Ознакомиться с типами топочных процессов и топок паровых котлов, а так же с принципами организации дутья в паровых котлах.

План лекции

1. Типы топочных процессов и их особенности

2. Топки паровых котлов. Требования к топкам судовых котлов

3. Топочные устройства паровых котлов

4. Организация дутья в паровых котлах

1. Типы топочных процессов и их особенности

Топочным процессом называется совокупность физических и химических явлений, связанных со сгоранием топлива в топках паровых котлов.

Горение топлива в топке сопровождается интенсивным теплообменом за счет излучающей способности факела с экраном и первыми рядами конвективного трубного пучка. Таким образом топка котла выполняет двойную функцию: обеспечивает полное сгорание топлива в объеме топочного пространства и осуществляет лучистый теплообмен между факелом и поверхностями нагрева, непосредственно примыкающими к топке. Т.е. горение топлива и теплообмен протекают как единосвязанный топочный процесс.

Характер процессов образования горючей смеси топлива и воздуха определяется в основном аэродинамической структурой потока. Поэтому в классификацию топочных процессов положен аэродинамический принцип организации процесса.

Существующие топочные процессы можно разделить на три основных типа:. слоевой процесс характерен тем, что поток воздуха, движущийся через проточную камеру топки, встречает на своем пути слой твердого кускового топлива, реагируя с которым превращается в поток горячих продуктов сгорания.

Характерными особенностями слоевого топочного процесса являются:

• значительный запас топлива в слое, соизмеримый с часовым расходом топлива, что обеспечивает устойчивость процесса горения;

• большие размеры кусков топлива во избежание их уноса с потоком воздуха;

• зависимость форсировки процесса горения только от скорости обтекания частиц топлива воздушным потоком;

• небольшая удельная мощность (максимальное количество топлива, которое можно сжечь на 1 м2 площади);

• периодичность процесса, связанная с забросом новой порции топлива и удалением шлаков и золы;

• низкая маневренность;

• трудность механизации и автоматизации процесса.

Из-за значительного количества недостатков и в связи с массовым переходом на сжигание жидкого топлива в судовых паровых котлах слоевые топки фактически исчезли из практики морского флота.

факельный процесс характеризуется непрерывным движением топливных частиц вместе с газовоздушным потоком, в котором эти частицы сгорают во взвешенном состоянии. В виде факела сжигают газообразное, жидкое и измельченное до пылевидного состояния твердое топливо. Топливо в топку подается через топочные устройства, представляющие собой совокупность форсунки и воздухонаправляющего устройства. Конструкция топочного устройства предполагает тонкое дробление или распыливание частиц топлива, тщательное перемешивание его с потоком воздуха, надежное воспламенение топливовоздушной смеси и качественное сгорание топлива в пределах топочного объема. Характерными особенностями факельного процесса являются:

• малый запас горючего в топочном объеме, что делает процесс менее устойчивым;

• равенство времени пребывания частиц топлива в топке и времени их сгорания;

• следование частиц топлива вместе с газовым потоком;

• легкая управляемость процессом горения.

Основными условиями осуществления интенсивного факельного процесса являются: тонкий распыл (или размол) топлива; хорошее перемешивание его с воздухом, турбулизация факела и всего топочного объема.

Вихревой (циклонный) процесс является дальнейшим развитием факельного способа сжигания пылевидного твердого топлива. Он основан на использовании центробежного эффекта, возникающего при вращательном движении газовоздушного потока. Мелко раздробленное, до частиц размером 2 ÷ 4 мм, твердое топливо (торф или уголь) поступает вместе с небольшим количеством первичного воздуха через питатель в цилиндрическую камеру с выходным горлом. Основной (вторичный) воздух поступает с большой скоростью через сопла, обеспечивая образование в камере устойчивого циклона (вихря). Циркуляционное движение заставляет частицы топлива двигаться по локализованному контуру топочного объема столько раз, сколько нужно для их газификации и полного сгорания.

Циклонные топки обладают высокой эффективностью и нашли широкое применение в стационарных установках при сжигании каменных углей, торфа и отходов производства.

В судовых и корабельных паровых котлах применяется исключительно факельный способ сжигания жидкого топлива.

2. Топки паровых котлов. Требования к топкам судовых котлов

Топка судового котла представляет собой проточную камеру, ограниченную с боков трубами лучевоспринимающих поверхностей нагрева - экрана и первыми рядами конвективного парообразующего пучка, и с фронтов - огнеупорной обмуровкой фронтальных стенок, на которых расположены топочные устройства.

Топка является одним из важнейших элементов парового котла, определяющим его конструктивную форму, габариты и вес. В топках современных судовых паровых котлов при сгорании топлива достигается температура 1800 ÷ 2000 °С. Обмуровка позволяет защитить металлические части внутренней обшивки котла от воздействия высоких температур, уменьшить потери теплоты через обшивку котла в окружающую среду и обеспечить нормальные условия работы обслуживающего персонала. В качестве обмуровки используется огнеупорный шамотный кирпич или специальные огнеупорные карбид-кремниевые изделия.

В обмуровке на фронтах топки выкладываются специальные отверстия - фурмы, в которых размещаются топочные устройства, и лазы для производства осмотров и ремонтных работ в топке котла. На фронте котла может быть установлено от 1-2 до 8-10 топочных устройств. Во многих конструкциях котлов предусматриваются также отверстия для размещения специальных смотровых устройств, позволяющих визуально наблюдать за процессом горения, и отверстие для запального устройства возле растопочной форсунки, а также лазы для производства осмотров и ремонтных работ в топке котла.

Рис. 19. Основные формы тонок судовых паровых котлов:

а - треугольная топка трехколлекторного А-впдного котла;

б - ромбическая топка трехколлекторного однопроточного котла;

в - цилиндрическая топка двухколлекторного однопроточного котла.

Форма топки определяется типом котла, количеством организованных газоходов, контуров циркуляции и многими другими факторами. Наиболее часто встречаются топки треугольной, ромбической, и овальной форм.

Обводы топки определяют как конфигурацию притопочных рядов труб поверхностей нагрева, так и форму самого котла.

Форма и размеры топки существенно влияют на структуру газового потока. В плохо обтекаемой топке могут возникать застойные зоны с малым содержанием кислорода и низкой температурой. В длинной топке с однофронтовым отоплением смесеобразование в хвостовой части факела будет вялым, что приводит к неполноте сгорания топлива. Наилучшие аэродинамические условия для полного сжигания топлива создаются в короткой топке с двухфронтовым отоплением, по форме, близкой к цилиндрической. Встречные факелы воздействуют друг на друга, что способствует усилению турбулентности в средней части объема топки и способствует более полному сжиганию топлива.

Топка является одним из важнейших элементов парового котла, определяющих его конструктивную форму, габариты и вес. Поэтому к топкам судовых и корабельных паровых котлов предъявляются следующие требования:

1. Обеспечение полного сгорания топлива в пределах топочного объема на всех режимах работы котла при минимальном коэффициенте избытка воздуха.

Полнота сгорания оценивается коэффициентом полноты сгорания &, представляющим собой отношение тепла, фактически выделившегося в топке при сгорании топлива ко всему теплу, подведенному с топливом:

Коэффициент ξТ характеризует совершенство процесса горения в топке и является одним из показателей ее работы, влияющим на экономичность котла. Разница QПОД-QФ составляет потери тепла в топке от химической и механической неполноты сгорания топлива. Качество и полнота сгорания топлива зависят от формы и размеров топки, способа размещения топочных устройств, качество распыливания топлива и перемешивания его с воздухом, температура воздуха, подаваемого в топку котла, давление и температура в топке.

Факел пламени при горении не должен касаться труб поверхностей нагрева, так как в противном случае происходит образование нагара на трубах.

2. Малые габариты топки. Процесс горения должен обеспечивать высокую теплонапряженность топочного объема для обеспечения минимальных габаритов топки. Интенсивность сжигания топлива характеризуется теплонапряжением топочного объема:

Топки корабельных и судовых паровых котлов по интенсивности происходящих в них процессов находятся на более высоком уровне, чем топки стационарных котлов. Чем большее значение имеет теплонапряженность топочного объема, тем меньше геометрические размеры топки, и следовательно, массогабаритные размеры котла.

3. Обеспечение топочньши устройствами (форсунками и ВНУ) плавного регулирования расходов топлива и воздуха в широком диапазоне нагрузок котла.

4. Обеспечение равномерного распределения тепловых нагрузок по всему топочному объему для обеспечения минимальной неравномерности тепловых нагрузок на выходе из топки. Выполнение этого требования находится в зависимости от формы топки и ее размеров, типа топочных устройств, их числа и размещения на стенках топки.

5. Достаточный срок службы, удобное и безопасное управление
горением, простота осмотров и ремонта.


3. Топочные устройства паровых котлов

Метод сжигания жидкого топлива при помощи распыливания был впервые предложен и разработан русскими теплотехниками.

Топочные устройства для сжигания мазута состоят их двух основных частей:

- форсунки, предназначенной для распыливания топлива;

- воздухонаправляющего устройства (ВНУ), обеспечивающего такую организацию подвода воздуха, при которой происходит качественное перемешивание его с распиливаемым топливом, подогрев и испарение топлива, непрерывное поджигание топливовоздушной смеси и устойчивое ее горение.

Топочные устройства могут размещаться с одного или обоих фронтов котла, а также сбоку, сверху или снизу топки. Число топочных устройств может быть от одного во вспомогательных котлах до 4 - 20 в главных.

Чем меньше производительность форсунки и чем больше их установлено на фронте котла, тем легче добиться высокого качества процессов смесеобразования и горения. Но применение большого числа форсунок усложняет их размещение на фронтах котла, значительно усложняет эксплуатацию котла, увеличивает возможность закоксовывания неработающих форсунок и увеличивает протечки воздуха в топку через зазоры неработающих ВНУ. Поэтому обычно в судовых котлах устанавливают 1 ÷ 6 регулируемых или нерегулируемых топочных устройств большой производительности с одного или с обоих фронтов котла.

Форсунки паровых котлов:

В судовых ПК применяются следующие типы форсунок:

- механические форсунки - в которых распиливание топлива производится за давления, создаваемого топливным насосом. В таких форсунках топливо поступает по тангенциальным каналам в вихревую камеру, где предварительно закручивается, и выходит в топку через конусовидное сопло в виде конуса распыливания. Механические форсунки обеспечивают высокое качество распыла, надежны, но обладают малым диапазоном регулирования расхода топлива.

Одной из разновидностью механических форсунок являются ротационные форсунки. В них распыливание топлива производится за счет центробежных сил вращающихся частей самой форсунки. Но такие форсунки сложнее в изготовлении и менее надежны в работе.

 

Воздушные и паровые форсунки в этих форсунках движущаяся струя воздуха или пара увлекает за собой струю топлива, которая под действием кинетической энергии паровой или воздушной струи дробится на мельчайшие частицы. При этом топливо обычно поступает к форсунке самотеком из расходного бака, устанавливаемого над форсункой. Эти форсунки просты по устройству, менее требовательны к качеству обработки деталей, но для обеспечения качественного распыла для их работы необходим большой расход пара (~ 1% от паропроизводительности котла) или воздуха. Поэтому этот тип форсунок для судовых и корабельных котлов практически неприменяется.

. Паромеханические форсунки - сочетают в себе преимущества механических и паровых форсунок. Наконечник форсунки имеет два канала: мазутный и паровой. При больших расходах топлива (на нагрузках ~ до 50 ÷ 60 %) эта форсунка работает как обычная механическая, а при малых расходах топлива для качественного распыливания дополнительно подается пар.

В некоторых типах паромеханических форсунок пар может подаваться на всех нагрузках котла от самой малой до полной, в основном с целью повышения маневренных качеств парового котла. Паромеханические форсунки наиболее широко применяются в топочных устройствах судовых и корабельных паровых котлов.

Качество распыла форсунок, применяемых в паровых котлах, необходимо систематически проверять на специальной установке (п. 83 ПЭКУ, 418-61.489 РЭ для котла КВГ-3Д).

Причинами неудовлетворительного распыливания топлива могут быть:

- нарушение геометрических параметров распылителей вследствие износа, загрязнения или коксования каналов;

- некачественное изготовление точных деталей форсунки;

- неправильный уход за форсунками при их чистке (забоины, риски и т.д.).

При плохом распыливании форсунку необходимо продуть паром или заменить запасной (п. 86 ПЭКУ). Для этого на корабле (судне) необходимо иметь не менее 20 % (от установленных) готовых к действию запасных форсунок, а также полный запасной комплект распиливающих деталей для всех установленных форсунок (п. 91 ПЭКУ). Если на котле установлено менее 5 форсунок, то готовых форсунок должно быть не менее одной для каждого отапливаемого фронта котла.

От правильности установки форсунки в значительной степени зависят форма и объем факела. Любые отклонения от правильной установки форсунок приводят к следующим явлениям (п. 93 ПЭКУ):

- нарушению процесса перемешивания топлива и воздуха и, соответственно, неполному сгоранию топлива;

- ударам факела о поверхность фурмы;

- чрезмерному удалению факела от поверхности фурмы (влечет за собой увеличесние коэффициента избытка воздуха и снижение экономичности работы котла);

- касанию факела поверхностей нагрева и фурм (приводит к повреждению фурм, коксованию топлива и ухудшению качества горения).

Правильным считается такое размещение форсунки относительно фурмы и ВНУ, при котором форсунка отцентрована относительно топочного устройства и установлена по длине топочного устройства в соответствии с данными чертежа (п. 95 ПЭКУ).

Воздухонаправляющие устройства (ВНУ):

К ВНУ котлов предъявляются следующие требования:

• обеспечение высокого качества и стабильности горения топлива при минимальных коэффициентах избытка воздуха и минимально возможных гидравлических сопротивлениях фронта котла;

• обладание возможностью регулирования расходов воздуха в широком диапазоне нагрузок котла, обеспечивая при этом высокие скорости воздуха на режимах сниженных нагрузок;

• простота устройства и обслуживания.

В судовых и корабельных котлах применяются следующие типы ВНУ:

ВНУ с завихрителями, создающие закрученный поток воздуха;

осевые ВНУ, создающие незакрученный поток воздуха;

комбинированные ВНУ, в которых используется комбинация закрученных и незакрученных потоков.

ВНУ с завихрителями - в этих устройствах закрутка воздуха осуществляется с помощью лопаточного направляющего аппарата (завихрителя). Применяются два типа завихрителей: тангенциальные и осевые. Воздух, проходя через лопаточный аппарат завихрителя, получает вращательное движение вокруг оси, причем закручивание воздуха производится в сторону, противоположную закручиванию струи топлива в форсунке с целью лучшего дробления топлива и более качественного перемешивания его с воздухом.


 


Осевые ВНУ со стабилизаторами - в устройствах этого типа аэродинамические условия, необходимые для организации очага горения в факеле, создаются в результате взаимодействия осевой струи воздуха с коническим стабилизатором, устанавливаемым на форсунку. При движении осевого потока воздуха за конусом стабилизатора создается зона разрежения, вызывающая обратный ток газов, направленный навстречу потоку распыливаемого топлива. Стабилизатор является одновременно и турбулизатором потока.

Применение ВНУ со стабилизатором предусматривает обязательную работу встречных топочных устройств на противоположных фронтах котлов и применение регулирования подачи воздуха с целью повышения скоростей воздуха на входе в топку на режимах сниженных нагрузок.

Комбинированные ВНУ - в этих устройствах используются сочетания закрученного и незакрученного потоков. Обычно используются двухзонные ВНУ в которых центральный поток воздуха является закрученным а периферийный поток воздуха - осевым В регулируемых комбинированных ВНУ для закручивания потока воздуха могут использоваться поворотные лопатки При работе на полной нагрузке лопатки центральной зоны повернуты вдоль потока воздуха и ВНУ работает как обычное осевое устройство со стабилизатором С уменьшением расхода топлива через форсунки лопатки ВНУ поворачиваются на определенный угол

соответствующий нагрузке котла по топливу и формируют закрученный воздушный поток. Размеры факела при этом не увеличиваются так как кольцевой периферийной зоны обжимает центральную закрученную струю.

 

В процессе работы котла необходимо следить за исправностью ВНУ. На действующем котле должны быть открыты только ВНУ у действующих форсунок (п. 102 ПЭКУ).

Давление воздуха перед топочными устройствами необходимо поддерживать в зависимости от расхода топлива. В МКО должны быть таблицы (графики) соотношения между этими величинами (и. 101 ПЭКУ). Увеличение расхода топлива в котле без повышения давления воздуха приводит к вибрации котла, разрушению футеровки и появлению черного дыма.

4. Организация дутья в паровых котлах

Основным назначением организации дутья в паровых котлах является преодоление гидравлических сопротивлений воздушно-газового тракта котла. Движение воздуха и газов в паровых котлах может происходить естественным путем - за счет разности статических напоров столбов холодного воздуха и горячих газов, либо принудительно с помощью специальных дутьевых средств.







Дата добавления: 2015-08-31; просмотров: 3535. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Шрифт зодчего Шрифт зодчего состоит из прописных (заглавных), строчных букв и цифр...

Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...

Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Различия в философии античности, средневековья и Возрождения ♦Венцом античной философии было: Единое Благо, Мировой Ум, Мировая Душа, Космос...

Характерные черты немецкой классической философии 1. Особое понимание роли философии в истории человечества, в развитии мировой культуры. Классические немецкие философы полагали, что философия призвана быть критической совестью культуры, «душой» культуры. 2. Исследовались не только человеческая...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит...

Типология суицида. Феномен суицида (самоубийство или попытка самоубийства) чаще всего связывается с представлением о психологическом кризисе личности...

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ МОЗГА ПОЗВОНОЧНЫХ Ихтиопсидный тип мозга характерен для низших позвоночных - рыб и амфибий...

Принципы, критерии и методы оценки и аттестации персонала   Аттестация персонала является одной их важнейших функций управления персоналом...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия