В топливно-энергетическом балансе СССР твердые топлива занимают значительное место. В настоящее время доля твердых топлив в выработке электроэнергии на тепловых электпических станциях составляет 55%. Большие количества твердого топлива расходуются и в других отраслях народного хозяйства. Поэтому вопросы интенсификации и экономичности сжигания твердых топлив имеют большое народнохозяйственное значение.
Для твердых топлив применяются пылевидный (факельный), вихревойислоевойметодысжигания.
Для парогенераторов производительностью выше 4—10 кг/с (15— 35 т/ч), работающих на антраците, каменных и бурых углях, сланцах и фрезерном торфе, основным является пылевидный методсжигания топлива в камерных топках. Топливо сжигается после предварительной подсушки и размола в сильно измельченном виде. Угольная пыль в смеси с некоторой частью необходимого для горения воздуха, называемого первичным, вдувается через горелочное устройство в топочную камеру. Остальная часть воздуха, необходимого для горения, так называемый вторичный воздух, обычно вводится в топку также через горелки, а в отдельных случаях помимо них. Горение угольной пыли происходит во взвешенном состоянии в газовоздушных потоках при движении их через топочную камеру. Поэтому протекание горения ограничивается топочным пространством и чрезвычайно коротким временем пребывания частиц в топке, составляющим 1—2 с. Угольная пылинка, обычно имеющая продолговатую форму и шероховатую поверхность, имеет большую парусность. Пылевидные частицы при установившемся движении парят в высокотемпературной .газовоздушной среде с повышенной вязкостью и практически следуют вместе с газовшдушным потоком -с той же скоростью. При малой относительной скорости движения частиц в потоке, практически равной нулю, уменьшается интенсивность обмена газов на их поверхности. Однако значительное увеличение поверхности пыли при тонком размоле и молекулярной диффузии обусловливает высокую интенсивность пылевидного сжигания.
Для подсушки топлива, .повышения температурного уровня в топке и интенсификации процесса сжигания применяют подогрев воздуха, идущего на горение. При сжигании слабореакционных топлив типа АШ и тощих углей, а также высоковлажных (бурых углей осуществляют подогрев воздуха до 350—400°С; для сушки высоковлажных бурых углей с №п==б-^7 % -кг/МДж (25—30 % • кг/Мкал) используют топочные газы в смеси с горячим воздухом. При сжигании сухих каменных углей рекомендуется подогрев воздуха до 250—300°С, а, при сжигании мазута и природного газа — до 200—250°С. 368
В случае топок с мельницами-вентиляторами для высоковлажных топлив в качестве высокотемпературного сушильного агента используются отбираемые из топки продукты сгорания или их смесь с горячим воздухом. Возможность отбора топочных газов для целей сушки в смеси с горячим .воздухом .имеется и при топках с шаровыми барабанными мельницами. По общим соображениям компоновки парогенератора температура подогрева воздуха может быть повышена до 350—400°С и при сжигании сухих каменных углей и мазута.
В пылеугольных камерных топках можно сжигать многозольные, высоковлажные измельченные твердые топлива. В них совместно* с твердым топливом, а также и раздельно можно сжигать жидкие и газообразные топлива. Подготовка, подача топлива и воздуха, процесс сжигания и удаление шлаков, золы и продуктов сгорания в этих топках полностью механизированы.
Вследствие низкой концентрации пыли в факеле, около 20—30г в 1 м3, запас топлива в топке ничтожный, поэтому пылеугольные топки малоинерционны и управление ими хорошо поддается автоматизации. По этой же причине пылеугольные топки чувствительны к нарушениям процесса, к неравномерности подачи топлива и воздуха. Пылеугольные топки допускают работу с небольшими избытками воздуха и, не ограничивая подогрев воздуха, позволяют .иметь температуру на выходе иа топочной камеры, приемлемую по условиям надежности работы и экономичности.
К недостаткам камерных топок относятся: расход энергии на приготовление пыли, значительный унос золы газами в конвективные газоходы, вызывающий износ хвостовых поверхностей нагрева и .необходимость установки золоуловителей.
Освоение сжигания во взвешенном состоянии твердых топлив после грубого размола и в пределе — дробленки сильно сокращает расход, энергии на подготовку топлива к сжиганию. В то же время максимальное шлакоулавливание при жидком шалкоудалении, которое получает в пЬследнее время большое распространение, уменьшает износ хвостовых: поверхностей.
Привихревомметодесжигания сравнительно крупные частицы дробленки твердых топлив сгорают, циркулируя в газовоздушном вихре, организуемом в нижней части обычной однокамерной топки, имеющей обтекаемую форму. В вихревых топках благодаря циркуляционному движению увеличивается время пребывания топливных частиц в камере, а благодаря значительно большему запасу горящего топлива по сравнению с пылеугольными топками достигается большая устойчивость процесса горения.
Вихревой метод как самостоятельный способ сжигания твердых топлив в виде дробленки, без их предварительного размола в мельницах, пока имел ограниченное применение. В энергетике этот метод был использован в топке Шершнева для сжигания фрезерного торфа в парогенераторах производительностью 20 кг/с (75 т/ч). В дальнейшем для сжигания фрезерного торфа стали применять топки с молотковыми мельницами, в которых обеспечивается более интенсивное сжигание при меньших потерях с механическим недожогом.
В последние годы проводятся значительные работы по усовершекг ствованию и освоению вихревого метода сжигания фрезерного* торфа и бурых углей и созданию более совершенной конструкции вихревьрс топок. Вихревое сжигание широко применяют в циклонных предтопках двухкамерных топок с жидким шлакоудалением. Стабилизация горения
при больших скоростях подачи воздуха в циклонную камеру, доходящих до 150—200 м/с, и значительная интенсификация тепло- и массо-обмена в штоке с частицами топлива при большой относительной скорости их обтекания привели к тому, что топки с вихревым сжиганием по интенсивности работы вышли на одно из первых мест среди современных топочных устройств.
В промышленности вихревой метод применяется для сжигания фрезерного торфа, древесных отходов и лузги в мелких парогенераторах с твердым шлакоудалением.
При сжигании твердых топ л ив в парогенераторах малой производительности до 3 кг/с (до 10 т/ч) — бурых и каменных углей и до 6 кг/с (до 20 т/ч)—антрацитов применяют слоевойспособ, так как в малом топочном объеме нельзя успешно организовать факельное сжигание.
Организация слоевого сжигания осуществляется принудительным движением воздуха через неподвижный или движущийся слой твердого топлива, в котором он реагирует и превращается в поток горячих продуктов сгорания. В слоевых топках имеется значительный запас топлива, соизмеримый с его часовым расходом. Наличие значительного количества горящего топлива стабилизирует процесс горения. В слое при повышенных скоростях обтекания частиц топлива горение обычно протекает в диффузионной области. Поэтому слоевой процесс интенсифицируется форсировкой воздушного потока, а топливо подают в зависимости от изменения скорости горения. Форсировка дутья, а следовательно, и интенсификация сжигания ограничивается аэродинамической устойчивостью слоя и появлением значительного уноса шты-бовых фракций. Для слоевого сжигания оптимальными являются куски величиной 20— 30 мм, так называемый сорт «орешек», при которых обеспечивается достаточно устойчивое залегание частиц в слое и достаточно развитая поверхность реагирования.
Из-за недостаточной производительности, надежности и экономичности работы топки со слоевым сжиганием на мощных парогенераторах не применяются. К тому же, слоевые топки сложны, слабо механизированы и трудно поддаются автоматизации управления. Поэтому в книге рассматривается только факельный и вихревой методы сжигания.
Рис. 17-1. Основные технологические схемы сжигания
пылевидных топ ли в. а — с прямым вдуванием; б — с пылеконцентратором; в — с пром-бункером и подачей пыли отработанным сушильным агентом со сбросом части его в топку; г — с подачей пыли горячим воздухом; д — с разомкнутой сушкой; / — система пылеприготовле-ния; // — топка парогенератора; / — сырое топливо; 2—сушильный агент; 3 — отработанный влажный сушильный агент с угольной пылью; 4 —вторичный воздух; 5—угольная пыль из пром-бункера; 6 — отработанный влажный сушильный агент; 7 — влажная первичная смесь с пылью; 7а — обогащенная пылью влажная первичная смесь; 8 — сброс; 8а — обедненная иылью влажная смесь; 9 — первичный горячий воздух; 10 — фильтр для улавливания пыли из отработанного сушильного агента.
