yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->6 КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ  ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЛОВ. СЖИГАНИЕ ГАЗА В ТОПКАХ КОТЛОВ

Котельные установки промышленных предприятий

6 КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ  ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЛОВ. СЖИГАНИЕ ГАЗА В ТОПКАХ КОТЛОВ

 

 6.1 Классификация топок

 

На промышленных предприятиях получение различных теплоносителей осуществляется в котельных установках при сжигании различных органических топлив. Сжигание топлива в котлах и в различных технологических аппаратах осуществляется в топочных устройствах (топках).

По назначению все топки можно разделить на:

- тепловые;

- силовые;

- технологические.

Тепловые топки предназначаются для преобразования химической энергии топлива в физическую теплоту высокотемпературных газов для последующей передачи теплоты этих газов через поверхности нагрева нагреваемой среде. Силовые топки служат для получения продуктов не только с высокой температурой, но и с повышенным давлением. Эти продукты сгорания используются непосредственно для силовых целей в газовых турбинах, соплах реактивных двигателей и т.п.

Тепловые топки подразделяют на слоевые для сжигания кускового топлива и камерные –  для сжигания газообразного и жидкого топлива, твердого топлива в пылевидном (мелкодробленом) состоянии, а также для сжигания смеси топлив.

Независимо от схемы организации горения полное время сгорания любого топлива в топке  складывается из времени, необходимого для подвода окислителя к топливу (смесеобразования), , времени нагрева компонентов горения до температуры воспламенения  и времени, необходимого для протекания самой химической реакции горения , т.е.

                                        .                                                   (6.1)

Этапы смешения и нагрева являются здесь физической стадией процесса  , а реакций горения – химической .

Если <<, то процесс находится в кинетической области. Полное время сгорания топлива определяется в этом случае скоростью химического процесса. Для кинетической области ».

При », т.е. когда время транспортировки окислителя к горючему значительно больше времени, необходимого для осуществления собственно химической реакции горения, процесс находится в диффузионной области для которой ».

Если время протекания химической реакции соизмеримо со временем физической стадии (»), то процесс находится в промежуточной области и полное время сгорания топлива  определяется скоростью наиболее медленного этапа.

 

 

6.2 Конструкция топок

 

 При слоевом процессе свободно лежащее на решетке топливо продувается снизу воздухом. Скорость газовоздушного потока в слое такова, что устойчивость слоя не нарушается, т.е. сила тяжести топливных частиц была больше создаваемой газовым потоком подъемной силы

                                         ,                                            (6.2)

где Gч  - сила тяжести частицы;

Wс – действительная скорость потока;

rп – плотность потока воздуха;

F –  сечение частицы;

С – коэффициент сопротивления при внешнем обтекании частицы, зависит         от числа Рейнольдса. В слоевых топках размер частиц топлива 20-30 мм и более.

 Процесс в кипящем слое. При увеличении скорости дутья создаваемая потоком подъемная сила может достигнуть значения, равного силе тяжести частиц, и устойчивость частиц в слое нарушается: соответствующая этому скорость дутья называется критической. С дальнейшим увеличением интенсивности дутья начинается «кипение» слоя.

В кипящем слое скорость дутья превышает предел устойчивости плотного слоя, однако средняя скорость газа в топке над слоем далека от скорости витания основной массы частиц, т.е. скорости, при которой частицы оказываются взвешенными в потоке.

Частицы топлива совершают в слое возвратно-поступательное движения до тех пор, пока их масса не уменьшится настолько, что они выносятся из слоя газовым потоком и догорают в потоке газов над слоем

                                   ,                                            (6.3)

где Wc – действительная скорость потока в слое, м/с;

Wn – действительная скорость потока над слоем, м/с.

При этом Wn< Wc.

 Факельный прямоточный процесс. При скорости газового потока в топочной камере, превышающей скорость витания частиц, последние оказываются взвешенными в газовоздушном потоке и вместе с ними начинают перемещаться, сгорая в полете в пределах топочной камеры. Такой топочный процесс называют факельным.

                          ,         (закон Стокса)                              (6.4)

 

где dч  –  диаметр частицы, м;

m                         –  динамическая вязкость газовой среды, Н·с/м2;

Wn  –  скорость потока в камере, м/с.

Факельным процессом осуществляется сжигание газообразного и жидкого топлив. Газообразное топливо поступает в камеру вместе с воздухом через специальное устройство – горелку. При прохождении через топочную камеру газовоздушная смесь сгорает.

 

 Вихревой (циклонный) процесс:

                                                    .                                              (6.5)

При циклонном процессе в отличие от факельного частица циркулирует по организованному обтекаемому контуру столько, сколько необходимо для ее сгорания или выносится в камеру догорания. Циркуляция газового потока в циклонной топке сопровождается организацией на внутренней ее поверхности за счет центробежных сил подвижного слоя, подверженного интенсивному обдуванию. В результате имеют место интенсивное выгорание частиц топлива, а также весьма эффективная сепарация жидкого шлака. В циклонной камере улавливается 80-95% золы топлива. При циклонном процессе время пребывания и интенсивность обдувания частицы газовоздушным потоком увеличивается, поэтому здесь могут быть использованы более крупные частицы.

Скорость выгорания углерода, кг/(м3 ·с)

                                                                                                   (6.6)

где Rp  –  результирующая константа скорости реакции, м/с;

C  –  концентрация окислителя, кг/м3;

SV  –  относительная поверхность топлива в единице объема топки, занятого горящим топливом, м23.

Величина Rp зависит от температурного уровня процесса и размеров сжигания частиц.

 Показатели работы топочных устройств

Показателями работы топочных устройств являются:

–  обеспечение заданной топливной мощности котла;

–  надежность в условиях длительной эксплуатации;

–  безопасность и простота в обслуживании;

–  минимальные потери от химического и механического недожога;

–  возможность изменения нагрузки котла;

– достаточно высокие технико-экономические показатели и низкий расход энергии на собственные нужды;

–  возможность применения резервного топлива.

Основные показатели:

–  пригодность топки для данного вида топлива

–  тепловая производительность

                                              ;                                                        (6.7)

–  коэффициент избытка воздуха на выходе из топки

–  потеря теплоты от хим. и мех. неполноты сгорания

–  видимая обьемная плотность тепловыделения в топке

                                             ;                                                    (6.8)

–  видимая плотность теплового потока зеркала горения

                                             ;                                                    (6.9)

–  видимая плотность теплового потока, через сечения топки площадью F

                                             .                                                  (6.10)

–  доля золы, уносимой газами из топки ;

–  параметры воздуха (перед топкой) t, p.

 

 

15