Файл: Цирульников, Л. М. Защита газомазутных котлов от сернокислотной коррозии [монография].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 88
Скачиваний: 0
коэффициентом избытка воздуха 1,02—1,03 при суммарных топочных потерях не более 0,4%.
При рассмотрении условий формирования продуктов неполного горения мазута необходимо иметь в виду, что, согласно химической термодинамике, в выходном сечении топочной камеры, где температу ра 950 — 1150° С, и в последующих (по ходу газа) относительно низко температурных зонах должно устанавливаться равновесное состояние. Точный расчет равновесного состава газа по методике А. А. Введен ского (1949) выполнить весьма затруднительно, в связи с чем целесооб
разно воспользоваться приближенным |
методом, рекомендованным |
||
A/M. ГурвичемиЮ. X. Шауловым ( 1955). Этот метод сводится ксостав- |
|||
лению системы уравнений, выражающих закон |
сохранения вещества |
||
и закон равновесного состояния водяного пара. |
метода для |
мазута |
|
Расчеты, выполненные с помощью |
этого |
||
Б. Л. Жарковым, Μ. Г. Рождественской, |
Т. Б. |
Эфендиевым |
(1968), |
показывают, что в области температур газов не более 750° C содержа ние водорода в продуктах сгорания мазута должно быть не меньше, чем окиси углерода. В то же время данные А. К. Внукова (1966) свиде тельствуют о том, что в продуктах горения мазута отношение концен траций окиси углерода и водорода близко к 4.
Для детального анализа зависимости этого отношения от темпера туры газов Л. Μ. Цирульниковым (1968) подробно изучены многочис ленные данные, полученные с помощью методов газовой хроматогра фии и титрометрии в Башкирэнерго и других организациях. В резуль тате установлено, что при температуре газов 1500— 1600oC отношение концентраций окиси углерода и водорода близко к 5, а при 800o C — к 4. Снижение температуры газов ниже 400° C сопровождается умень шением указанного отношения до 2.
Приведенные значения — приближенные показатели некоторого среднего уровня этого отношения. Следовательно, между расчетными и фактическими отношениями окиси углерода и водорода имеется существенное различие, указывающее на то, что в проанализированных случаях сжигание мазута не сопровождалось установлением состоя ния термодинамического равновесия охлажденных газов. »
Следует отметить, что при сжигании и других видов топлива дымо вые газы не принимают равновесного состояния. Например, по данным Туна и Арклиса (1963), при сжигании авиационного керосина в каме ре сгорания зависимость указанного отношения от концентрации в про дуктах сгорания углекислого газа в зоне 1600o C существенно отли чается от теоретической зависимости, построенной на законах химичес кой термодинамики.
Другое подтверждение можно найти в области высокотемператур ной конверсии газообразных углеводородов. По данным Я. С. Ка зарновского, Б. Г. Овчаренко, В. П. Семенова (1962), при температуре газов 1400—1500° C и коэффициенте избытка воздуха 0,4 окисление углеводородов во всех случаях сопровождается значительным коли чеством остаточного метана, концентрация которого колебалась от 0,1
до 0.6%.
tS..
В. П. Семенов и Я. С. Казарновский (1960) обнаружили метан при таких же температурах в 32 случаях из 51; концентрация его зависела от коэффициента избытка воздуха: 0,1 % при коэффициенте избытка воз духа 0,608—0,618; 1,1-2,0% при 0,304—0,382 и 8,2% — при 0,224. Bto же время, по теоретическим данным (Введенский, 1949), метан должен отсутствовать уже при коэффициенте избытка воздуха 0,2— 0,4. Термодинамические расчеты (Альтшуллер и Клириков, 1964) рав новесного состояния показывают, что при температуре газов 1050o C тяжелые углеводороды практически исчезают при коэффициенте избыт ка воздуха 0,4, а метан — при 0,8. Снижение коэффициента избытка воздуха от 0,8 до 0,37 вызывает появление 0,001% метана.
Сопоставляя экспериментальные и теоретические данные, можно сделать вывод о том, что термодинамическое равновесие не устанав ливается даже при относительно простом составе газообразных угле водородов.
Некоторое снижение температур в пристеночных зонах мазутных топок, обусловленное присосами холодного воздуха через неплотные ограждения, может в еще большей степени затруднить использование результатов термодинамических расчетов при рассмотрении процесса горения мазута.
Выбор оптимальной производительности горелок для сжигания мазута с малыми избытками воздуха при умеренных напорах опреде ляется не только их техническими характеристиками, но и суммарным экономическим эффектом, связанным с применением этих горелок как на существующих, так и на проектируемых котлоагрегатах с повышен ными тепловыми напряжениями топочного объема.
Можно полагать, что при повышении теплового напряжения объема до 590 кет/м3 и соответствующем снижении времени пребывания ка пель в объеме топки роль возрастания скорости воздушного потока как фактора, способствующего достижению высокой полноты сгорания при малых избытках воздуха, станет особенно заметной. Вместе с тем, целый ряд данных свидетельствует о том, что при относительно неболь шой скорости воздуха повышение теплового напряжения топочного объема до 460—590 кет/M3 не приводит к существенному возрастанию топочных потерь при малых избытках воздуха, если средняя скорость газового потока в топке остается сравнительно небольшой.
Таким образом, на основании сопоставления результатов лабора торных исследований и анализа условий промышленного сжигания ма зутов можно прийти к выводу, что переход к мощным горелочным уст ройствам с форсунками большой производительности на энергетиче ских котлах с тепловым напряжением топочного объема до 290 квтім3 может быть осуществлен без резкого повышения затрат на дутье. Успех применения moπjh⅛ix горелок в топках с более высокими форсировками при сжигании мазута с малыми избытками воздуха зависит от степени реализации необходимого соответствия между организацией высоко скоростной подачи воздуха и характером подачи и распределения рас пыленного мазута.
Особое значение приобретает компоновочный фактор, с помощью
87
которого появляется возможность управлять габаритами факела и сте пенью заполнения им топочного объема.
Вопрос о том, как должны располагаться горелки и как должны развиваться в топке их факелы, обсуждается давно. До сих пор не выработано единого мнения. В частности, для двухкорпусных котлов ПК-41 блоков 300 МВт с тепловым напряжением объема 428 квтім3 принята встречная компоновка вихревых горелок ЗиО производитель ностью 1,25 кг/сек (Биман, 1963).
Данные, полученные при испытании мощных горелок, показывают, что встречная и угловая компоновки горелок в топках с тепловым на пряжением объема 267 кет/благоприятствуют практически полному сгоранию в режимах с малыми избытками воздуха даже при относитель но грубом распыливании мазута, умеренных напорах и выходных ско ростях воздуха (Енякин, Горбаненко, Дворецкий, Цирульников, 1968). Факел, как правило, концентрировался в центральной части топки, а в пристеночных областях, характеризуемых несколько
повышенными присосами холодного неорганизованного |
воздуха |
|
и относительно низкой температурой экранных труб, |
имелись лишь |
|
незначительные зоны горения, что мало отражалось |
на |
конечных |
результатах.
Весьма перспективной оказывается встречная компоновка пря моточных горелок. Ввиду того, что они недостаточно совершенны, труд но сравнительно эффективно организовать подготовительные сіадии процесса горения, в связи с чем мазут воспламеняется на значитель ном расстоянии от амбразуры. В этом случае функции горелокв опре деленной степени передаются топке, в центре которой Происходит удар двух встречных факелов, позволяющий сосредоточить процесс горения в высокотемпературном ядре (Енякин, Горбаненко, Дворец кий, Цирульников, 1968).
Как показал опыт, размерами ядра и всего видимого факела можно сравнительно легко управлять, главным образом, за счет изменения коэффициента избытка воздуха. Например, исследование котла БКЗ- 320-140ГМ с тепловым напряжением топочного объема 268 κem Ms и расстоянием в 5,5м между фронтовой и задней стенами, на которых было установлено по 4 прямоточных горелки производительностью око ло 1 кг/сек, показало, что видимый факел концентрируется в средней части топки, занимающей около 50% ее сечения, а длина его составля ет около 5 м при коэффициенте избытка воздуха 1,04—1,05 и 8 м — при 1,02—1,03 (Енякин, Горбаненко, Дворецкий, Цирульников, 1968). Эти результаты существенно разнятся от полученных на таком же по конструкции соседнем котле, отличающемся лишь тем, что на фрон товой и задней стенах его установлено встречно по 5 двухпоточных горелок конструкции БКЗ с закруткой 50%воздуха\ В данном случае процесс горения развивался в непосредственной близости от амбра зур горелок и удара факелов отдельных горелок не наблюдалось. Роль топки в таких условиях сводилась в основном к дожиганию топочных потерь, протекавшему, кстати, недостаточно интенсивно, вследствие чего длина факела достигла 20 м при коэффициенте избытка воздуха
1,05—1,10, а работа котла с коэффициентом избытка воздуха менее 1,05 оказалась чрезвычайно затруднительной (Верховский, Kpacноселов, Машилов, Цирульников, 1970).
Однако на современных газомазутных котлах некоторых типов, например ТГМ-84, невозможно встречное или угловое расположение горелок, что определяется двухсветным экраном, а также малым рассто янием между топкой и конвективной шахтой, поэтому горелки устанав ливаются только на фронтовой стене. Исследования показали, что та кая компоновка серьезно отражается на развитии и выгорании факела, что создает значительно худшие условия для процесса горения мазута, чем при встречном и угловом размещении горелок. В результате этого оптимальное по условиям горения значение коэффициента избытка воздуха существенно возрастает. Так, если для котлов ТП-230 и ПК-10
с горелкам і Ф. А. |
Липинского оптимальный коэффициент избытка |
||
воздуха составляет |
1,02—1,03, то для котлов |
ТГМ-84 |
с такими же |
горелками — 1,08. |
Систематически наблюдался |
прямой |
направлен |
ный удар факела в задний экран. Подобные трудности возникли и на других котлах с однофронтовой компоновкой мощных горелок (Горбаненко и др., 1967; Цирульников, Красноселов, Карпов, Вязовой, Фомина, 1968).
Поданным ТЭП и других организаций, однофронтовая компоновка горелок позволяет более экономично размещать блочное оборудование на газомазутных электростанциях (Жилин, 1961). Некоторые зарубеж ные авторы отмечают также максимальные удобства для обслуживания мазутных котлов с однсфронтовой компоновкой горелок (Glissler, 1962). Следует добавить, что однофронтовая компоновка имеет неоспо римые преимущества из-за противопожарной безопасности эксплуа тации. Все это свидетельствует о перспективности применения котлов с однофронтовой компоновкой горелок.
Конечно, наиболее целесообразно использовать горелки, формирую щие относительно короткий факел, недостигающий ограждений топоч ной камеры. Для этого необходимо располагать данными о форме и раз мерах мазутного факела при самых различных условиях. Именно в этом направлении ведутся исследования в некоторых зарубежных фирмах, в частности в ФРГ (7Λeichner, Prellwitz, 1966).
Если бы такой подход был применен и на отечественных котло строительных заводах, смело идущих на увеличение единичной произ водительности горелок и уменьшение их количества как на необходи мое условие эффективного сжигания мазута с малыми избытками воз духа, то стало бы очевидным, что однофронтовая компоновка мощных горелок неприемлема для относительно неглубоких топок. Например, при горизонтальной однофронтовой компоновке горелок на котлах ТГМ-84 и ТГМ-151, имеющих глубину топки около 6 м, длина горизон тального (или наклонного) участка факела не должна быть больше глу бины топки, так как в противном случае становится неизбежным удар факела в задний экран, что приводит не только к упоминавшемуся сни жению надежности, но в ряде случаев и к «замораживанию» реакций го рения в той части факела, которая стелется вдоль относительно холод-