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

светящийся факел, а следователы-ю, передача тепла излучением в топке мала.

Инжекционные беспламенные панельные горелки конструкции Гипронефтемаш (в настоящее время ВНИИНефтемаш), чаще всего применяемые в трубчатых печах (рис. 14), лишены этого недостатка.

Газообразное топливо по трубе 1 через сопло 4 поступает в смесительную камеру 5 инжектора 6. Воздух из окружающей среды подсасывается в смесительную камеру через воздушные от­ верстия 3, площадь сечения которых изменяется регулятором воздуха 2. Из смесительной камеры инжектора газовоздушная

надеваемых на трубки. Наружные торцы этих призм образуют панель, которая в раскаленном состоянии обладает большой из­ лучающей способностью. Изоляционные подушки 11 служат для

Для уменьшения длины инжекционных горелок устанавливают в них не одно сопло большого диаметра, а несколько сопел меньшего диаметра без изменения подачи. На рис. 15 изображена такая многосопловая инжекционная горелка. В этой горелке газ вначале проходит в каналы головки и охлаждает ее, затем по­

39

ступает в распределительную камеру 1 и проходит через семь сопел 2 в индивидуальные смесители 3 для каждого сопла. Воз­ дух подсасывается с торца горелки через пространство между

Рис. 15. Многосопловая инжекцнонная горелка с индиви­ дуальными смесителями

соплами. Газовоздушная смесь через общую головку 4 поступает в огнеупорный туннель 5, в котором полностью сгорает. Горение происходит с малым избытком воздуха (а=1,05), и этот режим сохраняется при изменении избыточного давления газа перед го­ релками от 30 до 120 кПа.

Смесительные горелки

В смесительных горелках необходимый для горения воздух подается вентилятором и не зависит от давления газа. Избыточ­ ное давление газообразного топлива перед горелкой обычно со­ ставляет 0,5—1,5 кПа. Избыточное давление воздуха зависит только от конструкции вентилятора и колеблется от 1 до 3 кПа. Для улучшения качества смешения широко применяют различного рода устройства, способствующие завихрению воздушного потока.

Хорошее смесеобразование в смесительных горелках дости­ гается подачей газа в массу воздуха мелкими струйками и завих­ рением газовоздушного потока. Поэтому эти горелки получаются компактными при сравнительно большой подаче. Этим и объяс­ няется предпочтительное применение этих горелок в котлах как средней, так и большой паропроизводительности.

40

Основным недостатком смесительных горелок является отсут­ ствие саморегулируемости по воздуху. Подача воздуха вентиля­ тором в этих горелках никак не связана с подачей газа, поэтому для сохранения наивыгоднейшего соотношения между газом и воздухом при изменении расхода газа через горелку необходимо изменять и подачу воздуха. На этом основании паровые котлы, оборудованные смесительными горелками, должны снабжаться хотя бы простейшей автоматикой.

г

Рис. 16. Вихревая смесительная горелка Мосгазпроект:

разнообразны, отличаясь способом организации процесса смеше­ ния газа с воздухом и показателями работы.

Конструктивным развитием многоструйной горелки является вихревая смесительная горелка Мосгазпроект (рис. 16). Основное отличие вихревых горелок заключается в том, что газопроводные трубки у них на концах снабжены чугунными насадками 7, поз­ воляющими улучшить смешение газа с воздухом. Камера сме­ шения в этих горелках отсутствует: смешение происходит в топке перед торцами горелки. Торцовая же поверхность футе­ руется огнеупорным бетоном для предохранения от действия вы­

41 ■

при избыточном давлении газа от 0,6 до 1,2 кПа. Газ поступает в центральную трубу и вытекает отдельными струями, направлен­ ными под углом к оси горелки и образующими расходящийся ко­ нус. Воздух проходит по межтрубному пространству и через завихряющие лопасти, получает вращательное движение, что обес­ печивает хорошее перемешивание с газом. Подвод воздуха к го­ релке может осуществляться также и тангенциально. Подача этих горелок лежит в пределах от 50 до 450 м3/ч.

Комбинированные горелки

При необходимости быстрого перехода с одного топлива на другое или для совместного сжигания двух различных видов топ­ лива паровые котлы обычно оборудуются комбинированными газомазутными горелками.

Первую группу комбинированных горелок составляют газо­ нефтяные форсунки ГНФ, газомазутные горелки ВННИНефтемащ типа ФГИ, газомазутные горелки Оргэнергомонтажгаз типа.ОЭН, газомазутные горелки Барнаульского котельного завода н др.

Газомазутные форсунки типа ОЭН по своему конструктивному оформлению сходны с мазутными форсунками воздушного распыливания ОЭН. Отличие газомазутной форсунки ОЭН заключается в наличии газовой части, приспособленной к конструкции чисто мазутной форсунки.

В зависимости от способа подвода газа газомазутные форсун­ ки ОЭН разделяются на два типа — с внешним и внутренним подводом газа.

В газомазутных форсунках с внешним подводом газа (рис. 17) топливный газ подводится по отдельному самостоятельному тру­ бопроводу газопитающего узла 2, откуда через два ряда круглых отверстий (7—8 мм) поступает в амбразуру и попадает в завих­ ренный поток воздуха.

В газомазутных форсунках с внутренним подводом газа для подачи топливного газа к газовой камере использована часть воздушного объема корпуса форсунки.

Газомазутные форсунки ОЭН выпускаются на подачу (по жидкому топливу) 75—1000 кг/ч.

Вторую группу комбинированных горелок составляют газома­ зутные горелки Мосэнергопроект, газомазутные типа ГМГ-2, ГМГ-4, ГМГ-5 завода «Ильмарине», типа ГМ и т. д.

Газомазутная горелка Мосэнергопроект рассчитана на сжи­ гание газа 1500—2000 м3/ч. Во внутреннюю трубу горелки встав­ лена мазутная форсунка механического распыливания. Газ про­ ходит по кольцевому каналу и выходит через щели наконечника в амбразуру под углом к оси горелки. Воздух в горелку поступает тангенциально, проходит кольцевой канал с завихрителем и по­ падает в амбразуру, где смешивается с газом. Для регулирования процесса смешения служит система поворотных лопаток (завих­ ритель). Поворотом этих лопаток можно изменять интенсивность

42

закручивания и тем самым регулировать дальнобойность факела горелки. Скорость выхода газовоздушной смеси из амбразуры 25—30 м/с. Давление газа перед горелкой 2,5—3 кПа.

Рис. 17. Газомазутная форсунка ОЭН-250 ГМВ-6 с внешним подводом газа:

1 — кожух форсунки; 2 — газопитающий узел; 3 — завихритель; 4 — регистр: 5 — гнездо па­

Рис. 18. Газомазутная горелка ГМГ-2:

Газомазутные горелки типа ГМГ разработаны Центральным котло-турбинным институтом им. И. И. Ползунова (ЦКТИ) и выпускаются заводом «Ильмарине» на подачу 60—200 кг/ч (рис. 18). Жидкое топливо в горелках ГМГ распыляется паро­

43

механическими форсунками. Подача форсунки регулируется изме­ нением давления топлива. Газ подводится в кольцевую камеру и через цилиндрические отверстия в амбразуру горелки, где проис­ ходит смешение с воздухом, поступающим из завихрителей. Удель­ ный расход распиливающего пара на 1 кг для этих горелок со­ ставляет не более 0,02 кг, давление подаваемых воздуха— 1,2— 1,5 кПа, газа — 1—2,5 кПа, мазута — 2,0—3,0 МПа и пара — 0,2— 0,3 МПа. Сгорание топлива происходит при коэффициенте избытка воздуха 1,1—1,15.

§ 7. ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

В топках котельных агрегатов около 90% тепла, воспринимае­ мого поверхностями нагрева (кипятильными и экранными тру­ бами), передается излучением. Теплообмен излучением является, результатом очень сложных явлений, протекающих одновременно: излучения высокотемпературного факела горящего газа, погло­ щения и вторичного излучения нагретых поверхностей обмуровки и тепловоспринимающнх поверхностей.

Количество передаваемого в топке тепла зависит от приве­ денной площади поверхности теплопередачи, степени черноты и абсолютной температуры газов.

Степень черноты газов зависит в свою очередь от парциаль­ ного давления излучающих трехатомных газов (СОг, НгО и SO2 ),

абсолютной температуры газов, толщины излучающего слоя и на­ личия в факеле сажистых частиц.

При кинетическом сжигании газа факел лишен сажистых частиц, в связи с чем степень черноты этого факела имеет мень­ шие значения, а следовательно, уменьшается количество переда­ ваемого тепла излучением в топке. В этом случае теплопередачу излучением (количество передаваемого тепла в единицу времени) можно сохранить на прежнем уровне путем увеличения раскален­ ной поверхности вторичных излучателей.

В качестве вторичных излучателей в топке могут быть на­ броски (горки) из щебня, решетки на пути факела или потока раскаленных газов, продольные стенки, разделительные стенки подовых горелок и т. п. Материалом вторичных излучателей яв­ ляется чаще всего шамотный кирпич класса А.

При диффузионном сжигании природных газов факел светя­ щийся, непрозрачный, кроме излучения трехатомных газов харак­ теризуется излучением частиц сажистого углерода.

Степень черноты такого факела значительно выше степени черноты факела при кинетическом сжигании газов.

Теплопередача излучением зависит также от распределения температуры в топке, а именно: количество передаваемого тепла излучением будет больше, если высокотемпературное ядро не изо­

44

лировано от тепловосприиимающнх поверхностей слоем менее нагретого газа, поглощающего излучение.

В связи с этим большое значение имеет рациональное конст­ руктивное оформление топок, зависящее от ряда взаимосвязан­ ных факторов: способа сжигания газа и типа горелки, физических свойств, состава газа и его'параметров, степени экранирования топки, мощности и типа котла.

Конструктивное оформление топок для сжигания газообраз­ ных и жидких топлив можно видеть далее на рис. 20, 21, 23, 24.

Глава II

КОТЕЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ

§ 8. ПАРОВЫЕ И ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В НЕФТЯНОЙ, НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Паровые котлы с увеличенным паровым объемом, камерные, секционные и многобарабанные водотрубные

По виду движения воды и пароводяной смеси все котлы раз­ деляются на паровые котлы с естественной циркуляцией и котлы с принудительным движением рабочего вещества.

Наиболее распространенными паровыми котлами на предприя­ тиях нефтяной и газовой промышленности являются котлы с есте­ ственной циркуляцией. Все разновидности паровых котлов с есте­ ственной циркуляцией можно разделить на три группы: первую группу составляют паровые котлы с увеличенным водяным объе­ мом; вторую группу представляют камерные, секционные и мно­ гобарабанные водотрубные котлы; третью группу — современные водотрубные котлы экранного типа.

Все котлы первой группы сняты с производства, но некоторые из них находятся в эксплуатации. В частности, локомобильные котлы весьма распространены на нефтяных и газовых промыслах: у них жаровая труба, где осуществляется интенсивная радиацион­ ная теплоотдача от факела горящего топлива, соединена с газо­ трубным пучком, имеющим благоприятные условия для конвек­ тивного теплообмена.

Локомобильные котлы имеют разнообразное конструктивное оформление и выпущены на давление 1,0—2,5 МПа; площадь по­ верхности нагрева локомобильных паровых котлов Н —50ч-140 м2, паропроизводительность от 1 до 3 т/ч. Напряжение поверхности нагрева D/Н составляет от 20 до 25 кг/(м2-ч) и достигает при фор­ сированной работе 30 кг/(м2-ч). Большинство локомобильных кот­ лов пароперегревателей не имеет. При наличии пароперегревате­

45

лей последние размещаются в дымовой коробке. При работе на жидком и газообразном топливе коэффициент полезного действия локомобильных котлов составляет 60—75%■ Локомобильные кот­ лы транспортабельны, недороги, надежны в работе, просты в об­ служивании и управлении, неприхотливы к качеству питательной воды.

Основными недостатками локомобильных котлов являются большая металлоемкость, т. е. большая затрата металла на 1 м2 площади поверхности нагрева (200—300 кг/м2), ограниченная па­ ропроизводительность и невозможность повышения давления пара.

У котлов второй группы поверхность нагрева образуется сталь­ ными кипятильными трубами малого диаметра (50— 100 мм), по которым движется пароводяная смесь; котельные барабаны в этом случае играют роль коллекторов, объединяющих трубную кипя­ тильную систему котла.

Котлы второй группы также не выпускаются производством, но относительно большое число их находится в эксплуатации.

На предприятиях нефтяной, нефтехимической и газовой про­ мышленности (нефтебазах, НПЗ и т. п.) распространены котлы Шухова, Шухова — Берлина, секционные горизонтально- и верти­ кально-водотрубные котлы.

У горизонтально-водотрубного котла Шухова 28 кипятильных труб (d = 76x3 мм, 1=4500 мм) объединены в пучки двумя корот­ кими цилиндрическими камерами (головками) диаметром 640 мм. Камеры имеют съемные крышки, которые открывают доступ одно­ временно к 28 трубам и дают возможность их осматривать, ввальцовывать, очищать от накипи и шлама. Котел Шухова состоит из отдельных двух, трех, четырех или пяти элементов, образуя пло­ щадь поверхности нагрева котла от 62,5 до 310 м2, каждый эле­ мент котла включает один верхний продольный барабан и два пучка труб. Передние верхние камеры соединены со своими бара­ банами горловинами, а задние — вертикальными патрубками. Па­ ровые пространства барабанов котла соединены наверху между собой общим поперечным паросборником, а водяные пространст­ ва— внизу общим поперечным грязевиком. Вода насосом подается в водяное пространство каждого барабана раздельно. РІз бараба­ нов вода опускается в задние камеры, где распределяется по всем кипятильным трубам. В кипятильных трубах вода частично испа­ ряется, образуя пароводяную смесь, которая поступает в передние камеры и дальше в верхний продольный барабан элемента котла. В барабанах котла из пароводяной смеси выделяется пар, который поднимается в паровое пространство барабанов, а из них в общий паросборник, откуда направляется в пароперегреватель, располо­

46

и снижало стоимость котла. Котлы Шухова рассчитаны на давле­ ние 1,3 МПа и имеют нормальное напряжение площади поверх­ ности нагрева 20—25 кг/(м2-ч).

Недостатками этих котлов являются относительно большой расход металла, термическая жесткость конструкции, большие га­ бариты, тесное расположение труб в пучках, затрудняющее их очистку от сажи и золы.

В 1936— 1937 гг. котел Шухова был модернизирован с целью снижения затраты металла и уменьшения термической жесткости конструкции.

В котлах новой конструкции Шухова — Берлина вместо не­ скольких продольных барабанов применен один поперечный диа­

тильных труб в количестве от двух до семи расположены в шах­ матном порядке*и присоединены к котельному барабану двумя прямыми задними подводящими трубами и двумя изогнутыми пе­ редними отводящими трубами малого диаметра. Площадь поверх­ ности нагрева одного пучка составляет 35 м2.

Несмотря на некоторое повышение к. п.д., увеличение напряже­ ния площади поверхности нагрева до 35 кг/(м2-ч) для неэкранированных и до 50—60 кг/(м2-ч) для экранированных котлов и неко­ торое снижение расхода металла, котлы Шухова — Берлина не устраняли всех недостатков котлов Шухова и были заменены бо­ лее совершенными котлами.

Секционные водотрубные котлы сохраняли ведущее место в промышленности до 1930— 1935 гг.

Основным рабочим элементом этого котла является секция, со­ стоящая из пяти — одиннадцати прямых кипятильных труб и двух волнообразной формы камер-коллекторов, в которые ввальцованы трубы. Такая форма камер позволяет располагать кипятильные трубы в шахматном порядке. Каждая секция присоединяется к ба­ рабану при помощи двух патрубков: водоподводящего — заднего и пароотводящего — переднего.

Малая площадь сечения камер (обычно 140x140 мм) позво­

■было получить котел с весьма большой площадью поверхности на­

ными барабанами (котлы малой мощности) и с поперечным ба­ рабаном (котлы большой мощности).

Основными недостатками секционных котлов являются трудо­ емкость изготовления камер-коллекторов, большая затрата метал­ ла на изготовление котла, большое количество лючков (два лючка на каждую кипятильную трубу).

Вертикально-водотрубные котлы раньше изготовлялись много- ■барабанными (2, 3, 4 и 5 барабанов). Во многих существующих

47

49