Файл: Мейкляр, М. В. Паровые котлы электростанций [учеб. пособие].pdf

Рис. 5-1. Схемы процесса горения отдельных элементов горючей мас­ сы топлива.

а — углерода; б —водорода; в — серы.

одну молекулу углекислого газа. Поэтому объем израс-_ ходованного при горении кислорода и объем образовав­ шегося углекислого газа равны друг другу (при одина­ ковой температуре), хотя, конечно, по весу они различа­ ются между собой (рис. 5-1,а).

То же происходит при сжигании серы (рис. 5-1,в). При горении водорода объем образующегося в ре­

зультате этой химической реакции водяного пара ока­ зывается вдвое больше, чем объем израсходованного кислорода (рис. 5-1,6). Но в горючей массе большинст­ ва топлив содержится лишь небольшое количество во­ дорода и происходящее при его сжигании увеличение объема дымовых газов обычно оказывается незначитель­ ным. Даже у состоящего в основном из углеводородов природного газа объем продуктов сгорания лишь на 12— 13% превышает объем входящего в топку воздуха

наковой тепловой нагрузкой на различных топливах, то количество вводимого в их топки воздуха будет у всех почти одинаковым. Увеличение объема дымовых газов по сравнению с объемом этого воздуха (при равной тем­ пературе) обусловливается при сжигании твердых топ­ лив, прежде всего, испарением содержащейся в них влаги, а низкосортных газообразных топлив — наличием в них негорючих газов. Так, почти 70% доменного газа представляет собой азот и углекислый газ, из-за которых объем продуктов сгорания превышает объем воздуха примерно в 2 раза.

С повышением температуры объем воздуха или ды­ мовых газов возрастает согласно закону Гей-Люссака.

ку воздуха и топлива всегда неизбежно либо не вполне равномерное поступление топлива, либо неполное пере­ мешивание его с воздухом, из-за чего отдельные воз­ душные струи проходят через топку, не участвуя в горе­ нии. Воздух необходимо подавать в топку с некоторым избытком. Чем совершеннее конструкция топливоподаю­ щих механизмов и горелок, а также чем легче воспламе­ няется топливо, тем меньше может быть избыток воз­ духа.

Коэффициентом избытка воздуха в топке называется число, показывающее, во сколько раз весовое количест­ во действительно подаваемого в топку воздуха больше количества воздуха, теоретически необходимого для го­ рения. Для котлов большой производительности коэф­ фициент избытка воздуха в топке составляет при пра­ вильной ее работе 1,20 для твердых топлив и несколько меньше для мазута и горючих газов.

Коэффициент избытка воздуха нельзя поддерживать слишком большим. Излишний для горения воздух про­ ходит Еместе с дымовыми газами через весь котел, со­ здает дополнительную нагрузку дутьевым вентиляторам и дымососам и, уходя в дымовую трубу, уносит с собой часть тепла, выделившегося при сгорании топлива. По­ этому необходимо автоматически или вручную непре­

66

рывно регулировать подачу воздуха в топку с тем. что­ бы не допускать слишком большого уменьшения или чрезмерного увеличения его количества.

Авария котла БКЗ-160-100ФБ производительностью 160 т/ч нача­ лась с возникновения свища в сварном шве на трубе одной из ширм. Струя пара охлаждала дымовые газы, из-за чего уменьшилось коли­ чество передаваемого ими тепла. Нагрузка котла понизилась от 150 до 115 т/ч. Машинист не стал выяснять причины внезапного сни­

пара. Чтобы восстановить производительность котла, он дополни­ тельно включил одну пылеугольную горелку и пять мазутных фор­ сунок.

Подача в топку воздуха не была изменена, хотя подача топлива увеличилась. Топливо сжигалось при коэффициенте избытка возду­ ха, намного меньшем единицы. Значительная часть кислорода воз­ духа стала расходоваться на образование окиси углерода, из-за чего нагрузка котла еще более снизилась. Но машинист так и не понял причины ухудшения условий работы.

Через 15 мин при нагрузке 95 т/ч разорвалась одна из экранных труб. Струя пароводяной смеси погасила факел, и котел был оста­ новлен. При его отключении подача в топку угольной пыли была прекращена немедленно, но выключение мазутных форсунок несколь­ ко затянулось и экранные трубы были политы незагоревшимся ма­ зутом.

Для вентиляции котла оставили в работе один из дымососов. Вскоре начала возрастать температура уходящих газов, поднявшаяся за 20 мин до 192 °С. Это свидетельствовало о наличии очага горе­ ния в топке или в газоходах. Дымосос остановили, но выбивание пламени из лючков было настолько значительным, что дымосос снова включили, хотя это способствовало усилению пожара. Лишь через 2 ч температура уходящих газов начала резко снижаться. В резуль­ тате пожара пришлось заменить участки длиной в несколько метров на 75 экранных трубах в топочной камере.

При расследовании аварии отметили несколько ошибок персо­ нала. Нельзя, например, вентилировать остановленный котел, если есть хотя бы подозрение о наличии в его топке или газоходах незагоревшегося мазута или его сажи. Но основной причиной пожара явилось выделение из мазута большого количества сажи, что было неизбежным при недостатке воздуха в топке. Воспламенение слоя сажи на экранных трубах способствовало нарушению устойчивого движения (циркуляции) в них воды и привело к разрыву одной из труб. В дальнейшем, при попадании на трубы мазута и их венти­ ляции воздухом горение усилилось.

Пожар в топке не мог бы возникнуть, если бы машинист знал, что нельзя увеличивать подачу топлива без соответствующего изме­ нения подачи воздуха для горения.

Коэффициент избытка воздуха можно определить по данным газового анализа. Обычно пользуются лабора­ торными газоанализаторами (приборами ВТИ и др.). Для приближенных подсчетов можно пользоваться но­ мограммами (рис. 5-2 и 5-3). Первая из них составлена

применительно к сжиганию углей и мазута. Для расчета по ней нужно предварительно с помощью обычного газо­ анализатора определить суммарное содержание в дымо­ вых газах углекислого газа и сернистого ангидрида

R02 = C 02 + S 0 2, %.

Кривая «каменный уголь» на этой номограмме состав­ лена для донецкого газового угля; ей близки не только кривые для большинства каменных углей, но и кривые для челябинского и карагандинского бурых углей.

При сжигании природного и доменного газов, а так­ же отдельных низкосортных твердых топлив содержание RO2 в продуктах сгорания изменяется сравнительно мало даже при значительном изменении избытка возду­ ха. Для этих топлив целесообразно определять значе­ ние коэффициента избытка воздуха не только по содер­

ризонтальной шкале, проводим от него вертикальную линию до пересечения с кривой «бурый уголь», а оттуда — горизонтальную ли­ нию налево, до вертикальной шкалы, как показано на графике. Ко­ эффициент избытка воздуха равен 1,1.5.

2. В продуктах сгорания природного газа RO2 = 8,0% и О2 = 4,0%. На рис. 5-3 находим эти значения на нижней шкале и от них прово­ дим вертикальные линии (не нанесенные на графике) до соответ­ ствующих кривых 1, а затем — горизонтальные линии до левой вертикальной шкалы. Таким -путем находим два значения коэффи­ циента избытка воздуха: 1,20 и 1,26. Расхождение между этими значениями обусловлено -неточностью измерений. Для ответа реко­ мендуется назвать промежуточное значение коэффициента избытка воздуха.

Рис. 5-2. Номо­

вых газах по сум­ марному содержа­ нию углекислого газа и окислов се­

68

Рис. 5-3. Номограмма для приближенного определения коэффициен­ та избытка воздуха в дымовых газах по суммарному содержанию углекислого газа и окислов серы (R02), а также по содержанию

свободного кислорода в продуктах сгорания газообразных и низко­ сортных твердых топлив.

3. В продуктах сгорания доменного газа R 02= 18,8% и 0 2 = 4,3%. В доменном газе содержится повышенное количество R 02, выходя­ щее за пределы нижней шкалы на рис. 5-3. Содержание R02 нахо­ дят на дополнительной шкале в верхней части графика, а содержа­ ние 0 2— на нижней шкале. Затем, как показано на графике, прово­ дят вертикальные линии от этих значений до соответствующих кри­ вых 2 и горизонтальные линии до левой вертикальной шкалы. Ко­ эффициент избытка воздуха равен 1,55.

5 - 2 . Потери тепла котлом

П р и м е р . В топке котла сгорает 27,0 т/ч антрацита, имеющего низшую теплоту сгорания 5 500 ккал/кг. Выделяющееся тепло равно:

27,0-5 500=148,5 Гкал/ч.

69