В современных котельных агрегатах воз­духоподогреватель играет весьма существенную роль, воспринимая теплоту от отходящих газов и передавая ее воздуху, он уменьшает наиболее заметную статью потерь теплоты с уходящими газами. При использовании подогретого воздуха повышается температура горения топлива, интенсифицируется процесс сжигания, повыша­ется коэффициент полезного действия котельного агрегата. Вместе с тем при установке воздушного подогревателя увеличиваются аэро­динамические сопротивления воздушного и дымового трактов,

В регенеративных воздухоподогревателях передача тепло­ты от продуктов сгорания к нагреваемому воздуху осуществляется путем попеременного нагревания и охлаждения одной и той же поверхности нагрева.

Воздухоподогреватели предназначены для подогрева воздуха поступающего на процесс горения, что уменьшает потери тепла и соответственно увеличивает КПД.

Воздухоподогреватели бывают двух типов:

1) рекуперативные (трубчатые);

2) регенеративные (вращающееся).

Рекуперативный воздухоподогреватель состоит из стального кожуха, двух плоских трубных досок и стальных тонкостенных трубок, которые при помощи сварки крепятся в трубных досках.

Продукты сгорания проходят через воздухоподогреватель сверху вниз по трубкам, а подогреваемый воздух между трубок, омывая их в поперечном направлении. Такие воздухоподогреватели могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и многоступенчатыми.

В целях предохранения обслуживающего персонала от ожогов и уменьшения потери тепла при эксплуатации, наружную поверхность кожуха покрывают тепловой изоляцией.

Регенеративные воздухоподогреватели применяются для котлов средней и большой мощности. Воздух в этих воздухоподогревателях нагревается до 250 ⁰С при глубоком охлаждении продуктов сгорания.

Воздухоподогреватель представляет собой вертикальный неподвижный цилиндрический корпус, внутри которого расположен вращающийся ротор, установленный на вертикальном валу. Ротор состоит из секций набранных из пластин обладающих хорошей теплопроводностью. Ротор приводится во вращательное движение при помощи электродвигателя, скорость вращения от 2 до 10 оборотов в минуту.

Принцип работы регенеративного воздухоподогревателя заключается в том, что в одну половину корпуса, сверху подаются продукты сгорания, которые опускаются вниз и пронизывают ротор, за счет чего платины нагреваются, а продукты сгорания охлаждаются. Во вторую половину корпуса снизу подается подогреваемый воздух, который подымаясь вверх, пронизывая горячие платины, нагревается, а пластины охлаждаются. Воздухоподогреватели устанавливают за экономайзером, а рекуперативные могут устанавливаться и в рассечку между ступенями экономайзера при этом первым по ходу продуктов сгорания должна быть ступень экономайзера. Температура воздуха поступающего в воздухоподогреватель, должна быть не менее чем на 10-15 ОС выше точки росы продуктов сгорания, во избежание конденсации водяных поров и коррозии поверхностей нагрева.

Рисунок 11.1. Воздухоподогреватель рекуперативного типа:

7 — трубные доски; 2 — трубы; 3 — перегородка; 4— кожух; 5— направ­ляющая лопатка; 6 — линзовый ком­

На рис. 11.1 приведен стальной трубчатый воздухоподогрева­тель рекуперативного типа, в котором к двум трубным доскам толщиной 20...30 мм приварены стальные трубы 2 наружным диа­метром 33...40 мм с толщиной стенки 1,2... 1,5 мм.

Дымовые газы (продукты горения) движутся по трубам 2 сверху вниз, а воздух поперечным потоком обтекает расположенные в шахматном порядке трубы снаружи.

Воздухоподогреватель может быть разделен поперечными пере­городками 3 по воздушной стороне на два, три, четыре и даже пять ходов. Снаружи секции заключены в кожух 4 из листового железа, по­крытый теплоизоляцией толщиной 60...70 мм.

В воздушных перепускных коро­бах предусмотрены направляющие лопатки 5 для более равномерного обтекания воздухом труб воздухо­подогревателя.

Для компенсации температур­ных удлинений труб и кожуха в воз­духоподогревателе предусмотрен линзовый компенсатор 6.

В трубчатых воздухонагревателях при заданной невысокой темпера­туре уходящих газов можно подо­греть воздух до определенной тем­пературы (не выше 300...320°С). Для подогрева воздуха до более высоких температур (380...420°С), например, при сжигании влажных топлив, вместо одноступенчатой применяют двухступенчатую ком­поновку воздухонагревателя, уста­навливая между ступенями I и II экономайзер, что позволяет увели­чить температурный напор на сту­пени II и уменьшить ее поверхность нагрева.

              11.Топливоснабжение.

11.1. Газовые горелки котлов

Диффузионные горелки. В этих горелках газ смешивается с воз­духом преимущественно в топке вследствие взаимной диффузии (взаимного проникновения) газа и воздуха на границах вытекаю­щего потока.

Разновидностью диффузионных горелок является подовая го­релка (рис. 18.1), которая состоит из газового коллектора 2 диамет­ром 32...80 мм. Коллектор представляет собой стальную трубу, за­глушённую с одной стороны торца, на котором имеются два ряда отверстий диаметром 1 ...3 мм, просверленных одно относительно другого под углом от 60 до 120°. Газовый коллектор устанавливают в щели 4, выполненной из огнеупорного кирпича, опирающегося на колосниковую решетку 3. Газ через отверстия в коллекторе вы­ходит в щель, равномерно распределяясь по ее длине. Воздух для горения поступает в ту же щель через колосниковую решетку за счет разрежения в топке или принудительно при включении вен­тилятора. В процессе работы футерованная щель разогревается, обес­печивая стабилизацию пламени на всех режимах работы горелки.

Подовые горелки могут работать при низком и среднем давле­нии газа, их используют в секционных котлах, котлах ТВГ, КВ-Г, ДКВР.

Инжекционные горелки низкого и среднего давления. Газовая ин- жекционная горелка низкого давления, показанная на рис. 18.2, по принципу организации смешения газа с воздухом относится к го­релкам с частичным предварительным смешением.

Подаваемая под давлением струя газа истекает с большой ско­ростью из сопла 1 в конфузор 2 и за счет своей энергии захваты­вает воздух в конфузоре, увлекая его внутрь горелки. Конфузор входит в состав смесителя наряду с горловиной 3 и диффузором 4. В смесителе происходит образование газовоздушной смеси. Разре­жение, создаваемое инжектором, с увеличением давления газа будет возрастать, при этом изменяется и количество подсасываемого первичного воздуха (от 30 до 70 %), необходимого для полного сгора­ния газа. Содержание воздуха, поступающего в горелку, можно изменять при помощи регулятора первичного воздуха 6, представ­ляющего собой шайбу, укрепленную на резьбе. При вращении ре­гулятора изменяется расстояние между шайбой и конфузором, и таким образом регулируется расход воздуха.

Рисунок 18.1. Подовая горелка: 1 – смотровое окно, 2 – газовый коллектор, 3 – колосниковая решетка, 4 – щель, 5 – огнеупорный кирпич.

Для полного сгорания топлива необходимо обеспечить допол­нительное поступление части воздуха за счет разрежения в топке. Регулирование расхода этого воздуха, называемого вторичным, возможно путем изменения разрежения в топке.

Ипжекционные горелки низкого давления выполняются с ог­невыми насадками 5разной формы. Инжекционные горелки обла­дают свойством саморегулирования, когда естественным образом обеспечивается постоянство соотношения содержаний газа, по­ступающего в горелку, и подсасываемого горелкой первичного воздуха. В этом случае если подача воздуха в горелку при помощи шайбы будет отрегулирована по цвету пламени или показанию га­зоанализатора на полное сгорание газа, т.е. если горелка работает спокойно без шума, то для изменения ее нагрузки достаточно уве­личить или уменьшить только подачу газа, не меняя положения воздушной шайбы.

Первичный воздух         Вторичный воздух

Рисунок 18.2. Инжекционная горелка низкого давления: 1 — сопло; 2 — конфузор; 3 — горловина; 4 — диффузор; 5 — огневой насадок; 6 — регулятор первичного воздуха.

Изменяя режим работы горелки, необходимо следить за устойчи­востью пламени, так как характер горения газа зависит не только от расхода подаваемого в горелку первичного воздуха, но и от доли вторичного воздуха, поступающего в топку, и от изменения тяги.

Инжекционная горелка ИГК среднего давления конструкции Ф.Ф.Казанцева (рис. 18.3) относится к горелкам с полным предва­рительным смешением и устойчиво работает при давлении газа 2...60 кПа (200...6000 мм вод. ст.).

Газ, поступающий в горелку через газовое сопло 4, инжектиру­ет (вбрасывает) воздух и в смесителе 2, состоящем из конфузора, горловины и диффузора, осуществляется полное перемешивание газа с воздухом.

Размещенный в конце диффузора пластинчатый стабилизатор 1 обеспечивает устойчивую работу горелок без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузок. Стабилизатор состоит из гонких стальных пластин, расположенных на расстоянии пример­но 1,5 мм одна от другой. Пластины стабилизатора стянуты между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоз­душной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов сго­рания и обеспечивают тем самым непрерывное поджигание газо- иоздушной смеси. Фронт пламени удерживается на определенном расстоянии от устья горелки.

Изменение расхода воздуха достигается с помощью регулятора 3. На внутренней поверхности регулятора подачи воздуха крепится (наклеивается) шумопоглощающий материал. В регуляторе выпол­нено смотровое окно — гляделка 5 — для наблюдения за целостно­стью стабилизатора.

Благодаря хорошему перемешиванию газа с воздухом инжек- ционные горелки работают с малосветящимся факелом и обеспе­чивают полное сгорание газа при малом коэффициенте расхода воздуха в горелке а = 1,05.

К преимуществам инжекционных горе­лок относятся:

• простота конструкции;

• устойчивая работа горелки при изменении нагрузок;

• надежность и простота обслуживания;

• отсутствие специального устройства для подачи воздуха (т.е. отсутствие вентилятора, электродвигателя для привода вентилято­ра, расхода электроэнергии, воздухопроводов к горелкам);

• саморегулирование, т.е. поддержание постоянного соотноше­ния расхода газ: воздух.

Недостатками инжекционных горелок являются:

• значительные габариты горелок подлине, особенно при увеличе­нии производительности. Так, например, горелка ИГК-250-00 но­минальной производительностью 135 м³/ч имеет длину около 2 м;

• высокий уровень шума у инжекционных горелок среднего дав­ления при истечении газовой струи и инжектировании воздуха;

• зависимость поступления вторичного воздуха от разрежения в топке (для инжекционных горелок низкого давления), плохие ус­ловия смесеобразования в топке, приводящие к необходимости для обеспечения полного сгорания существенно увеличивать об­щий коэффициент расхода воздуха до а = 1,3... 1,5 и даже выше.

Рис. 18.4. Инжекционная горелка ИГК среднего давления конструкции Ф.Ф.Казанцева: 1 – пластинчатый стабилизатор горения; 2 – смеситель, 3 – регулятор подачи воздуха; 4 – газовое сопло; 5 – гляделка.

Горелки с принудительной подачей воздуха. У большинства горе­лок с принудительной подачей воздуха процесс образования газо­воздушной смеси начинается в самой горелке и завершается в топ­ке. Воздух, необходимый для сгорания газа, подается с помощью вентилятора. Подача газа и воздуха осуществляется по отдельным трубам, поэтому такие горелки часто называют двухпроводными и смесительными. Работают они на газе низкого и среднего давления. Для лучшего перемешивания в них чаще всего предусмотрен вы­ход газа через многочисленные отверстия, направленные под уг­лом к потоку воздуха. При этом различают горелки с центральной подачей газа, если его поток направлен от центра к периферии, и горелки с периферийной подачей газа, если поток направлен от периферии к центру горелки.

Во многих конструкциях горелок для улучшения смешения воз­духу придают вращательное движение, для чего используют за- вихрители с постоянным и регулируемым углом установки лопа­ток или организуют тангенциальный ввод воздуха в горелку ци­линдрической формы.

Горелки работают на горячем воздухе с его подогревом за счет использования теплоты отходящих газов. На ряде горелок с прину­дительной подачей воздуха имеется возможность регулирования длины и светимости факела. На котлах малой и средней мощности устанавливают горелки типов ГА, ГГВ, Г-1,0 и др.

Горелка ГА приведена на рис. 18.4. Газ под низким или средним давлением подается в распределительную камеру 2, из которой он поступает в газовые трубки 3. На концы трубок навернуты кони­ческие головки 6, в которых просверлены отверстия для выхода газа под углом к потоку воздуха. Конические головки имеют реб­ра, предназначенные для закручивания воздуха перед его смеши­ванием с газом.

Рисунок 18.4. Горелка ГА с принудительной подачей воздуха:

1 — штуцеры для измерения давления газа и воздуха; 2 — распределительная камера; 3 — газовые трубки; 4 — огнеупорная футеровка; 5 — смесительная каме­ра; 6 — головка с направляющими ребрами для закручивания воздуха.

Расположенная в центре горелки трубка предназначена для на­блюдения за процессом горения. В случае сжигания мазута эту трубку используют для установки форсунки. Свободные пространства между головками трубок в устье горелки уплотняют футеровкой 4 из жароупорного бетона. Это предохраняет горелку от перегрева и обеспечивает поступление воздуха только к газораспределитель­ным головкам.

Горелка газовая вихревая ГГВ приведена на рис. 18.5. Газ из газо­вого коллектора 2 истекает через отверстия, просверленные в один ряд, и под углом 90° поступает в поток воздуха, закрученный с помощью лопаток завихрителя 4. Лопатки приварены под углом 45° к наружной поверхности газового коллектора. Внутри газового коллектора расположена труба для наблюдения за процессом го­рения при работе на газовом топливе. При работе на мазуте в нее устанавливают паромеханическую форсунку.

На рис. 18.6 показана горелка для природного газа производи­тельностью до 750 м³/ч. Газ поступает в центральный трубопро­вод 4 горелки и попадает в камеру смешения 1 через ряд мелких отверстий в конусной насадке 2, установленной на выходе из тру­бопровода подачи газа. Воздух по трубопроводу 5 поступает в каме­ру смешения по межтрубному пространству, приобретая враща­тельное движение в результате тангенциального подвода к горелке при одновременном воздействии направляющих лопаток 3.

Комбинированные горелки. В газомазутных ГМГ комбинирован­ных горелках раздельно или совместно сжигается жидкое и газооб­разное топливо. Горелка ГМГ (рис. 18.7) состоит из трех вставлен­ных одна в другую камер. Газ поступает в среднюю узкую камеру и выходит через один или два ряда отверстий 4, расположенных по окружности. В центре горелки размещена паромеханическая фор­сунка, включаемая при работе на мазуте.

Рисунок 18.5. Горелка газовая вихревая ГГВ: 1 – смотровое окно, 2 – газовый коллектор, 3 – корпус горелки, 4 – лопаточный завихритель, 5 – устье горелки, 6 – конический туннель.

Рисунок 12.6. Горелка для природного газа: 1 — камера смешения; 2 — конусная насадка; 3 — направляющие лопатки; 4 — трубопровод для подачи газа; 5— трубопровод для подвода воздуха.

    Рисунок 12.7. Газомазутная горелка типа ГМГ: 1 – монтажная плита, 2,3 – завихритель вторичного и первичного воздуха, 4 – газовыходные отверстия.

Необходимый для горения воздух поступает в горелку двумя потоками. Небольшая его доля (примерно 15%) проходит через завихритель 3, состоящий из лопаток, установленных под углом непосредственно к корню факела. Этот воздух, называемый пер­вичным, способствует улучшению перемешивания с газом осо­бенно при малых тепловых нагрузках котла. Основной поток возду­ха, называемый вторичным, также проходит через завихритель 2 и закрученным потоком поступает к месту горения.

В последнее время выпускаются модернизированные горелки ГМГМ, в которых несколько изменены паромеханическая фор­сунка, а также завихрители первичного и вторичного воздуха. В них газ выходит через отверстия, расположенные в один ряд по ходу воздуха и в два ряда под углом 90° к потоку воздуха, что дает хорошее перемешивание газа с воздухом. Горелки ГМГМ обеспе­чивают полное сгорание газа при а = 1,05.