Файл: Цирульников, Л. М. Защита газомазутных котлов от сернокислотной коррозии [монография].pdf

В следующих опытах установлено, что существенное влияние на организацию топочного режима, особенно при малых избытках возду­ ха, оказывает скорость воздушного потока. При давлении мазута выше 15 бар и вязкости до 5° ВУ увеличение коэффициента избытка воздуха от 1,03 до 1,05 и 1,10 позволяет достигнуть низких значений химическо­ го недожога при скорости воздуха соответственно 50, 35 и 28 місек. Снижение же коэффициента избытка воздуха до 1,01 требует еще боль­ шего увеличения скорости воздуха — до 90 місек.

Сопоставление рассмотренных результатов с материалами исследо­ вания горелок меньшей производительности (Горбаненко, Цирульни­ ков, Чупров, 1965 а, б) свидетельствует о необходимости повышения скорости воздуха на выходе из горелочных устройств по мере увели­ чения их мощности. При повышении производительности горелок ТКЗ до 2,23 кгісек скорость воздушного потока составила 50 місек. В этом случае обеспечивалось полное выгорание мазута при коэффициенте избытка воздуха в горелках 1,00. C 1963 г. этот путь интенсификации сжигания мазута при малых избытках воздуха стал использоваться многими исследователями и конструкторами.

А. Д. Горбаненко, Л. Μ. Цирульников и В. В. Чупров (1965а) изучали влияние вязкости распыливаемого мазута на топочные поте­ ри. При коэффициенте избытка воздуха более 1,10 вязкость оказы­ вала заметное влияние на горение лишь при повышении до 14—15° ВУ. Снижение условной вязкости с 14 до 2° ВУ не отражалось на недожоге. При коэффициенте избытка воздуха 1,05 на химический недожог влияет меньший диапазон изменения вязкостных свойств топлива. При уве­ личении условной вязкости от 2—3 до 5—18° ВУ химический недожог ¡возрастает с 0,5 до соответственно 1 и 7%.

Сопоставление представленных данных с материалами исследова­ ний горелочных устройств меньшей производительности позволяет утверждать, что степень влияния вязкости мазута на полноту его сжигания в горелках различной мощности меняется мало (Горба­ ненко и др., 1963).

Из экспериментальных данных о влиянии давления мазута перед форсунками на топочные потери следует, что при коэффициенте из­ бытка воздуха 1,08 снижение давления мазута ниже 15 бар способству­ ет заметному возрастанию недожога, в то время как повышение дав­ ления выше 16—18 бар практически не влияет на топочные потери.

Проведены сравнительные опыты на одной и двух горелках. В этих опытах установлено, что при идентичных характеристиках топливо­ воздушного потока топочные потери оказываются выше при работе двух горелок с неравномерным распределением мазута и воздуха и что при коэффициенте избытка воздуха, близком к 1, влияние этой нерав­ номерности может стать даже большим, чем непосредственное влияние избытка воздуха. В этих опытах установлено, что с уменьшением избыт­ ка воздуха снижается допустимая степень неравномерности в распре­ делении воздуха и топлива по горелкам, превышение которой вызывает существенный рост химического недожога (более 0,5%). Аналогичные данные получены ВТИ на котле ТП-170 (Горбаненко и др., 1963).

63

совершенному смесеобразованию, удлинению факела, особенно при малых избытках воздуха, и неравномерному распределению газовых концентраций и температур в топочной камере.

Особое значение точность порционирования топлива по воздуху имеет для котлов, в топках которых расположены поверхности нагрева с температурой стенки более 500—550° С, подверженные высокотем­ пературной коррозии в восстановительной среде с коэффициентом из­ бытка воздуха менее 1, характеризуемой присутствием сероводорода (Горбаненко и др., 1971).

Таким образом, порционирование топлива и воздуха по горел­ кам — одно из необходимых условий эффективной работы топочно­ горелочных устройств в режиме сжигания мазута*с малыми избытками воздуха.

■Описанные данные положены в основу разработки отечественных

конструкций топочно-горелочных устройств, специально созданных в СССР для сжигания мазута с малыми избытками воздуха (Горбанен­ ко и др., 1967; Геллер и Липинский, 1964; Ахмедов, 1970; Боев, Вер­ ховский, Горбаненко, Левин, Цирульников, 1970).

Следует упомянуть, что перед советскими учеными и инженерами стояла значительно более сложная задача, чем перед зарубежными специалистами. Во-первых, им приходилось разрабатывать горелки для топочных устройств с присосами воздуха от 5 до 20% (в среднем около 10%), а за рубежом горелки устанавливались в бесприсосных топках, в которых несравненно легче организовать сжигание мазу­ тов с малыми избытками воздуха. Например, для достижения коэффи­ циента избытка воздуха за топкой 1,01, если она работает под разреже­ нием, коэффициент избытка воздуха в горелках должен быть в сред­ нем не более 0,91. Даже в наиболее «плотных» топках в горелки пода­ ется не более 96% воздуха, необходимого для горения. Остальное количество воздуха попадает в топку неорганизованным путем. В этом случае большое значение приобретает такой фактор, как размещение горелок на стенах топочной камеры, вариированием которого можно в той или иной степени способствовать вовлечению присосанного воздуха в процесс горения. В то же время в зарубежной котельно-топочной технике, где преобладают мазутные топки, работающие под наддувом, коэффициент избытка воздуха в горелках был таким же, как и на вы­ ходе из топки.

Во-вторых, за рубежом, хотя и разработаны горелки производи­ тельностью до 4,17 кг/сек, но, как правило, их производительность находится в пределах 0,69—0,83 кг!сек. Увеличение же единичной произ­ водительности, благоприятствующее организации сжигания мазута с малыми избытками воздуха, особенно в топках, работающих под разре­ жением, может привести как к положительным, так и отрицательным последствиям. К положительным следует отнести удешевление котла Hf системы автоматики, упрощение эксплуатации и ремонта, а к отри­ цательным применение более высоких напоров и скоростей воздуха, увеличение капель мазута вследствие возрастания геометрических раз­ меров форсунок, удлинение факела до недопустимо большой величины.

В-третьих, имеются существенные отличия в особенностях каче­ ства мазута и условиях его подготовки к сжиганию. Как правило, в США, ФРГ и других странах сжигается практически безводное мало­ зольное топливо (в среднем зольность составляет 0,02—0,03%), вяз­ кость которого соответствует отечественным мазутам марок 40 и 100. В процессе подготовки мазут подогревается до температур, обеспечиваю­ щих вязкость перед распыливанием не более 1,5—2,5° ВУ. На отечест­ венных же электростанциях, как правило, сжигается менее качествен­ ный мазут, характеризуемый повышенной зольностью (до 0,15% для марок 40 и 100 и 0,3% для марки 200), а в ряде случаев и высокой влаж­ ностью (до 10—25% при сливе из цистерн)и т. д. Фактическая вязкость мазутов при температуре 50o C достигает 200° ВУ, а иногда и более высоких значений. Качественная подготовка таких мазутов к сжига­ нию весьма затруднительна, в связи с чем к форсункам подается сравни­ тельно вязкое, а часто и увлажненное топливо.

И, наконец, в-четвертых, следует учитывать различия в качестве об­ работки рабочих поверхностей элементов топочно-горелочных уст­ ройств, в первую очередь форсунок. Если зарубежные форсунки изго­ тавливаются только на специализированных заводах фирм Пибоди, Бабкок-Вилькокс и других, гарантирующих высокое качество испол­ нения и термообработки распиливающих элементов, то в СССР, за ред­ ким исключением, даже для мощных котлов, предназначенных для энергоблоков 200 и 300 МВт, форсунки выполняются в кустарных ус­ ловиях, качество изготовления и обработки деталей низкое, подчас с грубым отклонением от номинальных размеров. В результате'цроизводительность и тонкость распыливания в форсунках одного комп­ лекта иногда различаются на 30—50%. Примерно в такой же степени различаются гидравлические характеристики горелок, предназначенных для одного и того же котла.

Все это указывает на то, что степень технического совершенства отечественных конструкций горелок для сжигания мазутов с малыми избытками воздуха должна быть намного выше, чем зарубежных горе­ лок, предназначенных для тех же целей.

Следует одновременно отметить, что известные способы оценки степени совершенства топочно-горелочных устройств существенно раз­ личаются между собой. Неодинаковыми критериями оцениваются и газомазутные горелки.

Вразработанном ВТИ и ЦКТИ «Нормативном методе теплового рас­ чета котельных агрегатов» требования к газомазутным горелкам све­ дены к тому, что они должны обеспечивать сжигание 98,5% топлива с коэффициентом избытка воздуха 1,15 в топках с тепловым напряжением объема до 291 квт/м9. Скорость воздуха должна быть 20—25 м/сек при механическом распыливании мазута и 5—8 м/сек — при паровом («Теп­ ловой расчет котельных агрегатов», 1957).

Вновом «Нормативної^ м 'тоде теплового расчета котельных агре­ гатов» расчетные характеі стики газомазутных топок принимаются следующими: тепловое напряжение объема 291 кет /м9, потеря тепла от химического недожога w более 0,5% при коэффициенте избытка воз-

66

духа на выходе из топки от 1,10 до 1,02—1,03, потеря от механического недожога не учитывается. Скорость воздуха рекомендуется принимать

впределах 40—70 м.1сек (Кузнецов и др., 1973).

Вдругих случаях горелка считается удовлетворительной, если обес­ печивается сжигание топлива без химического недожога при коэффи­ циенте избытка воздуха 1,03—1,05 и умеренном аэродинамическом сопротивлении (Внуков, 1963, 1966).

Согласно данным Л. Μ. Цирульникова, В. В. Карпова, С. К. Вязо­ вого (1967), Л. Μ. Цирульникова, Г. К. Красноселова, В. В. Карпова, С. К. Вязового (1968), при оценке горелок следует учитывать не толь­ ко химический недожог, но и механический, а наряду с коэффициентом аэродинамического сопротивления надо принимать во внимание абсо­ лютную величину давления воздуха перед горелками.

Р. Б. Ахмедов (1962, 1968, 1970) производил оценку горелок как по коэффициенту аэродинамического сопротивления, так и по крутке воздушного потока.

Подробно требования к горелочному устройству описаны Ю. В. Ива­ новым (1968). Их можно свести к следующему: полная надежность в ра­ боте, устойчивость зажигания и стабилизации фронта горения в широ­ ких пределах изменения нагрузки, обеспечение производительности

изаданных параметров пара, обеспечение полного сжигания при мини­ мальных избытках воздуха, простота конструкции, изготовления, обслуживания, ревизии, ремонта и быстрота перевода с одного вида топ­ лива на другой, минимальное сопротивление по воздушному тракту.

C иных позиций подошли к этому вопросу я. П. Сторожук и В. А.Павлов (1968). В результате рассмотрения процесса смесеобразо­ вания авторы пришли к выводу о целесообразности оценки горелок по длине формируемого ими факела. При этом предполагалось, что подсчи­ танная длина факела будет наименьшей при хорошей работе горелочного устройства без нарушения конструктивных параметров его элементов, а получить более короткий факел «обычными конструктивными меро­ приятиями» не представлялось возможным. Фактическая длина факела оказывается в большинстве случаев существенно выше расчетной. Это может быть объяснено, в частности, некоторыми отклонениями действи­ тельной схемы горелочного устройства от расчетной. По-видимому, имеются отдельные горелки, формирующие факел, длина которого не отличается от расчетной. Однако это можно рассматривать лишь как частный случай. Действительно, трудно полагать, что можно учесть все многообразие конструктивного оформления топочно-горелочных устройств и условий их работы. В частности, формула Я. П. Сторожу­ ка и В. А. Павлова не учитывает взаимного расположения горелок, конфигурации топочной камеры и т. д., а самое главное — концентра­ ции окислителя, с помощью которого, как известно, можно в широких пределах управлять длиной факела.

Наибольшее распространение в СССР получила оценка горелок по полноте выгорания топлива при сжигании его с малыми избытками воз­ духа. Например, горелки, обеспечивающие суммарную неполноту го­ рения не выше 0,4—0,5% при коэффициенте избытка воздуха на выходе