книги из ГПНТБ / Романов Б.А. Котельные установки предприятий нефтяной и газовой промышленности

2. Теоретическим массовый расход воздуха (7а)

L0 рвКр ==1,29318,6 = 24,1 кг/м».

3. Действительный объемный расход воздуха для 1 м3 газа каталитического крекинга (9а)

V = а гѴи г= 1,1518,6 = 21,4 м3/м3.

Пример 5. Определить массу образующихся газообразных продуктов сго­

2. Масса сухих газов (14)

тс г = т — та п — 17,4 — 1 , 26 = 16,1 кг/кг.

3. Теплоемкость продуктов сгорания (12)

§3. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

ИПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ТОПОК

Топкой, или топочным устройством, называется часть котель­ ного агрегата, где осуществляется сжигание топлива с образо­ ванием высокоиагретых продуктов сгорания и с одновременным их охлаждением за счет передачи тепла поверхностям нагрева,, окружающим камеру горения.

Таким образом, топка является топливосжигающим и теплообменным аппаратом.

Жидкое и газообразное топливо сжигают в камерных топках; камерные топки представляют собой ограниченный кладкой объем (камеру), в котором в виде факела происходит горение топлива.

В зависимости от расположения топки по отношению к паро­ вому котлу различают внутренние и выносные топки.

Внутренние топки — это такие топки, которые полностью или почти полностью окружены котельной поверхностью нагрева. Во внутренних топках можно сжигать мазут, природный, и другие газы.

19'

Выносные топки обычно выкладывают впереди котла; они при­ меняются в основном для сжигания влажного твердого топлива (дров, торфа и др.).

Для характеристики работы камерных топок служат показа­ тели: тепловое напряжение топочного объема (пространства), ко­ эффициент полезного действия (к. п. д.) топки и избыток воздуха в топке.

Тепловое напряжение топочного объема qv показывает, какое количество тепла выделяется в 1 м3 объема топки в единицу времени при полном сгорании топлива, т. е. представляет собой отношение произведения расхода топлива в единицу времени на

его низшую теплоту сгорания В -Ql к объему топки V

( . 5 )

Обычно видимое тепловое напряжение топочного пространства выбирается из опытных данных по минимальным потерям тепла в топке. Так, например, для камерных топок при сжигании жидкого

к. п. д. топки всегда меньше 100%. Если за 100% принять все количество тепла, которое могло бы выделиться в топке при пол­

их эксплуатации дали возможность установить оптимальную ве­ личину потерь топочного процесса. Так, потери тепла от химиче­ ской неполноты сгорания при сжигании жидкого и газообразного топлива составляют <7х:ш= 1,5-4-2% для экранированных топок и ■?хиМ= 1,0-г-1,5% для неэкранированных топок.

Потери тепла от внешнего охлаждения определяются потерями тепла вследствие теплоотдачи от наружной поверхности обму­ ровки и металлических частей к окружающему воздуху. Эти по­ терн зависят в основном от размеров и типа обмуровки, от темпе­ ратуры обмуровки и окружающего воздуха и для котельного агрегата могут быть определены по графику на рис. 2.

Потери тепла от внешнего охлаждения топки приблизительно равны половине потерь от охлаждения котельного агрегата

■20

Пример 7. Определить к. п. д. топки котла ДКВР-10-13 при сжигании в ней мазута, если потери от химической неполноты сгорания дхаы—2%.

Р е ш е н и е . 1. Потери тепла от наружного охлаждения котельного агрегата паропроизводительностыо 10 т/ч (2,8 кг/с) находим по графику (см. рис. 2)

Чохп.к = ^ % •

2. Потери тепла от наружного охлаждения топки (17)

W t = ° - 5 “ W k = 0. 5- 1,7 = 0, 85%.

3. К.п.д. топки котла ДКВР-10-13 (16)

% = 100 - (?хим + W t ) = 100 - (2 + 0,85) = 97,294 .

Рис. 2. Потери тепла от внешнего охлаждения кот­ ла д0хл. к в зависимости от номинальной производи­ тельности D:

J — собственно котельный агрегат: 2 — котельный агрегат со вспомогательными поверхностями нагрева

§ 4. ЖИДКОЕ ТОПЛИВО И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО СЖИГАНИЯ

В качестве жидкого топлива в котельных установках приме­ няют главным образом топочные мазуты. Топочные мазуты пред­ ставляют собой тяжелые остатки переработки нефти (прямой перегонки и крекинга). Основными физическими свойствами то­

мазута затрачивается времени в 60 раз больше, чем на истечение воды, то считают, что вязкость мазута при температуре 50° С

21

равна 60° ВУ (градусы условной вязкости). В наименовании мар­

кость мазута резко падает при увеличении его температуры. Температура застывания мазута— это такая температура, при

которой мазут теряет свою подвижность и застывает в виде непо­ движной массы. Температура застывания различных марок мазута лежит в пределах от 10 до 36° С и повышается с увеличением вяз­ кости. Для надежной и безаварийной эксплуатации котельных уста­ новок во избежание застывания мазута в трубопроводах и для ка­

вспышки различных марок мазутов лежит в пределах 90— 140° С. В соответствии с правилами техники безопасности допустимая температура подогрева мазута в открытых емкостях, не находя­ щихся под давлением, должна быть меньше температуры вспышки по крайней мере на 10° С. В закрытых емкостях под давлением, в трубопроводах и змеевиках температура подогрева мазута мо­ жет быть и выше температуры вспышки.

В топочных мазутах содержится зола и влага, которые явля­

повышается до 0,3%. Содержание воды в мазутах марок М-40, М-100 по стандарту не должно превышать 2%, а в мазуте М-200-—\ не более 1 %.

Таблица 6

22

Температура кипения жидких топлив значительно ниже темпе­ ратуры их воспламенения, поэтому сгорание этих топлив проис­ ходит в парогазовом состоянии. Жидкое топливо, поступая в топку, нагревается от газообразных продуктов сгорания, а затем испаряется. Сначала происходит испарение легких фракций, а за­ тем более тяжелых; причем с увеличением площади относительной поверхности капель жидкого топлива и подвода тепла возрастает интенсивность испарения. При наличии кислорода в топке и до­ стижении температуры воспламенения происходит загорание обра­ зовавшейся горючей парогазовой смеси. При сгорании этой смеси выделяется тепло, которое способствует еще более интенсивному испарению оставшегося жидкого топлива. Чем мельче капли рас­ пыленного топлива, тем больше площадь поверхности испарения, лучше и быстрее происходит сгорание. Для распыливания жид­ кого топлива на отдельные капли применяют специальные уст­ ройства — форсунки.

4-2 МПа) через малое отверстие — сопло или за счет центробеж­ ных сил, создаваемых при закручивании топлива, или дроблением при вращении элементов самой форсунки. После выхода капель жидкого топлива из форсунок размельчение их происходит под действием давления окружающей среды.

В форсунках с распыляющей средой распыление жидкого топ­ лива осуществляется в основном вследствие механического воз­ действия движущегося с большой скоростью распылителя (пара или воздуха) на струю топлива. Существуют также и комбиниро­ ванные форсунки, которые дают возможность сжигать одновре­ менно или раздельно два вида топлива (жидкое и газообразное или одно из них) в одной и той же топке.

Для нормального сжигания мазутов их температуру перед форсунками следует поддерживать такой, чтобы вязкость не пре­ вышала 5—7° ВУ (см. табл. 6).

При механическом распыливании частично подогретый мазут из бака (рис. 3) насосами 1 подается через фильтры 2 и подо­ греватель 3, где осуществляется нагрев мазута до рекомендуемой температуры, к форсункам 4.

Для предотвращения застоя и застывания мазута магистраль закольцовывается и в ней насосами обеспечивается постоянная циркуляция. Топочный мазут обычно подается двумя или тремя насосами, один из которых имеет паровой привод. На мазутной магистрали устанавливают не менее двух фильтров, при этом предусматривают обводные (байпасные) линии для того, чтобы иметь возможность производить ремонтные работы, не прекращая подачи мазута к форсункам.

23

Расход энергии на обслуживание механического распиливания составляет около 0,5%.

На рис. 4 показана мазутная форсунка для механического распиливания, выпускаемая заводом «Ильмарине». Форсунки

if

-t*HНЕЙ-

НхНГЗаЗВ -ОФСЗЗёі

Пар

Рис. 3. Схема мазутной магистрали котельной при механи­ ческом распиливании

Рис. 4. Малая мазутная форсунка механического распыливання:

механического распыливання этого завода получили наибольшее распространение. Малые и средние форсунки завода «Ильмарине» ОН-521 и ОН-547 выпускаются с подачей от 80 до 2600 кг/ч в зависимости от давления мазута (2,0—3,5 МПа) и диаметра от­

24

верстия шайбы. При изменении давления мазута подача форсунок меняется. При понижении давления ухудшается процесс распили­ вания, что приводит к химической неполноте горения.

В котельных установках предприятий нефтяной и газовой промышленности применяют главным образом форсунки высокого и низкого давления с распыливающей средой (паровые и воз-

Мазут из Sana

Рис. 5. Схема подачи мазута при паровом (воздуш­ ном) распиливании форсунками высокого давления

душные). В форсунках высокого давления в качестве распыляю­ щей среды используют пар или воздух, подаваемый компрессором. При паровом распыливании применяют пар избыточного давле­ ния от 0,3 до 1,5 МПа; при этом удельный расход пара составляет 0,3—0,5 кг пара на 1 кг мазута. При воздушном распыливании в форсунках высокого давления используется воздух избыточного давления от 0,3 до 0,6 МПа; удельный расход воздуха составляет от 0,6 до 1 кг иа 1 кг мазута. При этом через форсунку поступает в топку 5— 10% необходимого для полного сгорания воздуха.

В воздушных форсунках низкого давления используют воздух, подаваемый вентилятором, причем почти весь воздух поступает в топку через форсунку.

Схема подачи мазута в топку котельных агрегатов при паро­ вом или воздушном распыливании форсунками высокого давления показана на рис. 5.

Из расходного бака 1 мазут самотеком по трубопроводу 3 поступает к форсункам 4. В расходном баке мазут подогревается паром, проходящим по змеевику 2. Отбор мазута из расходного бака происходит на некотором уровне от дна его во избежание попадания воды и грязи в форсунки. В баке предусматривается дренажная линия для спуска воды и шлама.

25

Широко распространенной форсункой с паровым распилива­ нием является форсунка Шухова. Форсунки Шухова имеют по­ дачу от 30 до 400 кг/ч. Нормальное избыточное давление распыливающего пара для форсунок Шухова составляет 0,2—0,35 МПа. Наибольшей экономичности форсунки Шухова достигают при

Рис. 6. Мазутная форсунка парового распиливания:

8 — диффузор; 9 — насадка

полной их нагрузке. В связи с этим, при уменьшении расхода топ­ лива, часть форсунок следует отключать, сохраняя нагрузку остав­ шихся на высоком уровне. Форсунки Шухова зарекомендовали себя вполне надежными приборами. Недостатками форсунок Шу­ хова являются относительно большой удельный расход пара и сильный шум, создаваемый при работе.

Завод «Ильмарине» наряду с механическими форсунками вы­ пускает малые и средние форсунки с паровым раепыливанием (рис. 6). Пар подводится по внутренней стальной трубе 6 к рас­ ширяющемуся соплу 7. Мазут проходит по кольцевому каналу,

26

образованному наружной стальной трубой 5 н внутренней тру­ бой 6. Струя пара, выходящая из расширяющегося сопла с большой скоростью (600—1000 м/с), захватывает вытекающий из кольце­ вого пространства мазут и в виде паромазутной смеси выходит через диффузор 8 в топку. Удельный расход пара в этих форсун­ ках составляет 0,3—0,5 кт пара на 1 кг мазута.

Рис. 7. Воздушный регистр:

/ — направляющие поворотные лопатки для завихрения воздуха; 2 — привод для поворота лопаток: 3— ролик для вращения привода; 4 — передача через шестерню и зуб­ чатый сектор; 5 — отверстие

Подача форсунок ОН-549 и ОН-563 может изменяться от 60 до 3600 кг/ч в зависимости от размеров сопла и диффузора, а также от давления пара, поступающего в форсунки. Нормальное избыточное давление пара для этих форсунок составляет от 0,6 до 2,6 МПа.

Эффективное горение жидкого топлива зависит в значитель­ ной степени и от способа подвода воздуха. Воздух в топку по­ дается через воздушные регистры (рис. 7). В центре регистра имеется отверстие 5 для установки мазутной форсунки. Направ­ ляющие поворотные лопатки 1 завихряют воздух и он, выходя из устья горелочного устройства, ' перемешивается с распыленным мазутом. В мазутных топках некоторых конструкций воздух завихряют в обычных улитках.

В котельных агрегатах средней и малой паропроизводитель­ ности применяют также низконапорные форсунки воздушного

27

распиливания системы Оргэнергонефть (ОЭН) *. Эти форсунки выполняют двух типов: с завихрителем и с подпорной шайбой. При одних и тех же подачах форсунка с завихрителем обеспечи­ вает более короткий факел и может быть применена в топках

Воздух от бенти-

Рис. 8. Форсунка воздушного распыливания ОЭН с под­ порной шайбой:

глубиной 2ф м и больше. Форсунки с подпорной шайбой более просты в изготовлении и монтаже, но при работе дают более

28