Джерела енергії і генератори енергії

У котельних установках, обладнаних пиловугільними топками, передбачається певна система пилоприготування.

Найбільш поширена тепер індивідуальна система пилоприготування, в якій кожний котельний агрегат обслуговується окремим пилоприготувальним обладнанням. На мал. 4-8 показана принципова схема пилоприготування з проміжним пиловим бункером.

З бункера 1 через ваги 2 попередньо подрібнене паливо надходить у витратний бункер 3, з якого воно живильником 4 подасться у млин 5, куди надходить також гаряче повітря з короба 13. У млині паливо одночасно сушать і розмелюють. Пил з повітрям з млина виноситься до сепаратора 6, де відділяються крупні частинки пилу, які повертаються до млина. Пил потрібної тонкості надходить із сепаратора в циклон 7, де основна його частина відділяється від повітря. З циклона пил надходить у пиловий бункер 8, звідки він видається живильником 9 і подається разом з повітрям, яке нагнітається вентилятором 10, у пальник 11. До пальника підводиться також вторинне повітря з короба гарячого повітря. З пальника 11 аеропил (суміш пилу і первинного повітря) і вторинне повітря надходять у камерну топку 12.

В описаній схемі пилоприготування передбачається установка кульового барабанного млина. У покритий бронею барабан млина завантажуються стальні кулі, які при повільному обертанні барабана перекочуються і розмелюють паливо.

Застосовуються також індивідуальні схеми пилоприготування без проміжного пилового бункера, а для легко розмелюваних палив з високим Vг - спрощені схеми пилоприготування (без сепараторів і циклонів) з швидкохідними млинами. Паливо в них розмелюється під дією бил, підвішених за допомогою билотримачів до вала. Для спалювання високовологих палив у великих установках застосовують розімкнену схему підсушування палива з викиданням спрацьованого сушильного агента і водяної пари в атмосферу.

На теплових електростанціях великої потужності доцільно застосовувати центральну систему пилоприготування - спорудження пилозаводів, де всі операції по підготовці палива - грохотіння, дробіння, сушіння і розмелювання - здійснюються централізовано.

Топки для пиловидного палива. Час перебування частинок твердого палива в камерних (факельних) топках дуже обмежений (1-2 сек.). Щоб повністю спалити їх у такий короткий проміжок часу, треба здрібнювати паливо до пиловидного стану. Внаслідок розмелювання досягається також багаторазове збільшення вільної поверхні палива (поверхні реагування), вираженої в м2/кг, що сприяє організації і перебігу процесів горіння.

В установках для спалювання твердого палива в пиловидному стані застосовують різні типи пальників і різноманітні форми топкової камери.

Пилові пальники можна поділити на два основні типи: круглі і щілинні. Типовим представником групи круглих пальників, широко вживаних у наших енергетичних котельних установках, є двозавитковий пальник ТКЗ-ЦКТІ, схема якого подана на мал. 4-9. Суміш пилу й первинного повітря підводиться тангенціальне у завиток 7, закручений потік аеропилу рухається в кільцевому просторі 2 і виходить у топку. Потік вторинного повітря, підведеного у другий завиток 3, закручується в ньому у тому самому напрямку і виходить у топку, вбираючи потік аеропилу.

У круглому пальнику ОРГРЕС закручується потік тільки вторинного повітря, а аеросуміш рухається по осі центральної труби і погім роздається в боки, зустрічаючи на своєму шляху розсікач, установлений у кінці труб

В обох пальниках потік виходить у топку у вигляді порожнистого конуса. Цей потік і газ, що заповнюють топку, перемішуються, гарячі топкові гази підсмоктуються до кореня факела, що забезпечує інтенсивне прогрівання пилу і його займання.

Круглі пальники розміщаються або на фронтальній стінці топки в один або два ряди, або на двох протилежних бічних стінках топки. Їх застосовують при сухому шлаковидалянні для будь-якого палива. Недоліком великих круглих пальників (для спалювання в одному пальнику 5-10 m палива на годину) є трудність у побудові великих амбразур внаслідок складної розводки екранних труб довкола пальників.

У щілинних пальниках аеропил і вторинне повітря подаються по вузьких витягнених щілинах. Розводка екранних труб при цьому спрощується.

Пальники можна розміщати на фронтальній і бічних стінах топки, але найчастіше їх розміщають по кутках топки. Осі кутових пальників звичайно спрямовані дотично до уявлюваного кола в центрі топки.

Дуже важливим енергетичним паливом є антрацит. Стійкий і економічний процес спалювання в камерних топках антрациту відбувається, головним чином, внаслідок високої температури його займання - порядку 900° С.

Для інтенсивної теплової підготовки і займання антрацитового пилу для спалювання АШ застосовують топку з утепленою воронкою, екрани якої закриті вогнетривкою масою, і пальник нижнього ряду розміщають поблизу воронки.

У таких топках утворюється рідкий шлак з 20% золи палива (залежно від ступеня навантаження котла). Їх можна вважати проміжними між топками з сухим і рідким шлаковидалянням.

Однокамерні топки з сухим шлаковидалянням характеризуються несприятливою структурою золового балансу. З топки з продуктами горіння виноситься у вигляді леткої золи в середньому 85% золи палива. Це призводить до золового зносу і заносу поверхонь нагрівання, обмежує швидкість газів у конвективних елементах, що зумовлює зниження коефіцієнта теплопередачі в них, викликає потребу у громіздкому золовловлювальному обладнанні.

Зольний баланс топок з рідким шлаковидалянням кращий. У них, залежно від конструкції топки і властивостей палива і його золи, вдається дістати 30-60% шлаку в рідкому стані. Для цього в топці створюють зону високих температур, закриваючи екрани в нижній частині топки торкретом і зменшуючи цим їх теплосприймання. Рідкий шлак стікає із стін і випадає з газового потоку на горизонтальний або трохи нахилений під топки і видаляється через центральну льотку.

Топки з рідким шлаковидалянням можуть бути однокамерні двокамерні. Двокамерні топки стійкіші від однокамерних щодо одержання і видаляння шлаку в рідкому вигляді при різному навантаженні котельного агрегату і забезпечують більший у процентному відношенні вихід рідкого шлаку.

У двокамерних топках часто виділяють зону горіння і плавлення шлаку і зону охолодження продуктів згоряння. У топці виразно виділена камера горіння. В кінці її установлено пучок труб - решітка для додаткового шлаковидаляння. Екрани камери горіння і решітка зроблені з обшипованих труб, покритих теркретом.

У топці з перетиском нижня частина - камера горіння, верхня - камера охолодження. У багатьох потужних котлоагрегатів установлюють топки цього типу.

Топки із спрощеним пилоприготуванням. Для спалювання палива з великим виходом летких речовин доцільно застосовувати топки із спрощеним пилоприготуванням. Вони значно компактніші і дешевші від звичайних систем пилоприготування і споживають меншу кількість електроенергії на розмелювання палива і пневматичне транспортування пилу. З топок цього типу у нас дуже поширені топки з шахтними млинами (шахтно-млинові).

Щоб у топку виносився лише достатньо дрібний пил, швидкість газів у шахті має бути невеликою (2-3 м/сек). Швидкість газів в амбразурі 4-6 м/сек.

Топки з шахтними млинами застосовуються для спалювання різних видів твердого палива: фрезерного торфу, бурого вугілля, сланців і кам'яного вугілля з Vг>30%. Так само широкий діапазон їх застосування щодо видатності котлоагрегатів - від кількох тонн до кількох сотень тонн пари на годину.

Млини установлюють як з фронтальної сторони, так і з бічної сторони і по кутках топки. В енергетичних агрегатах середньої і великої потужності для поліпшення аеродинаміки топок і підвищення їх к.к.д. застосовують ежекційні амбразури.

Для спалювання в промислових котельних установках дуже низькоякісного (високовологого і зольного) палива доцільно застосовувати топку, яка є поєднанням шахтно-млинової топки з постійно діючим камерним муфелем, установленим між шахтою і фронтовою стінкою топки. Принцип дії муфеля полягає у відгалуженні за допомогою регулювальної заслінки частини потоку аеропилу для направлення його в муфель, гальмуванні цієї частини потоку в муфелі і спалюванні (а також газифікації) в завислому стані частини пилу в топковому просторі муфеля, захищеному склепінням від охолодної дії потоку вологого пилу. Повітря підводиться знизу через повітророзподільну решітку.

Продукти горіння і газифікації надходять потім через газове вікно в нижню частину топкової амбразури і забезпечують інтенсивну теплову підготовку основного потоку, його прискорене запалювання і стійке горіння факела в топковій камері.

Досвід промислової експлуатації показав, що це топкове обладнання надійне й ефективне і придатне для спалювання в ньому такого низькосортного палива, як землисте буре вугілля з дуже низькою теплотою згоряння  = 5650 ¸ 5860 кДж/кг.

Топки для рідкого і газоподібного палива. Як уже відзначалося раніше, з рідких палив у котельних установках використовується тільки мазут. Мазут і повітря надходять у топку через пальники, що складаються з форсунок і повітряних регістрів. Для ефективного спалювання рідкого палива його тонко розпилюють і добре перемішують з повітрям. Форсунки для розпилу мазуту розміщають у центрі пальників. Повітряні регістри призначені для подачі в амбразуру пальника закрученого потоку повітря і змішування його з дрібнорозпиленим мазутом.

За принципом дії форсунки поділяють на механічні й парові (повітряні), за конструктивним оформленням - на круглі і плоскі (щілинні). У механічних форсунках мазут подається до форсунок під тиском 10-30 бар, струмина мазуту набуває обертального руху, з великою швидкістю надходить у топку і розпадається за рахунок кінетичної енергії потоку пари (повітря).

У круглих парових форсунках пара і мазут рухаються в співвісно розміщених круглому і кільцевому каналах. На мал. 4-15 показано круглу парову форсунку, в якій пара підводиться через розміщену в центрі трубу і розширене сопло, а мазут рухається по кільцевому каналу, що охоплює центральну трубу. Пара й мазут змішуються в камері за соплом.

У форсунках Шухова пара надходить по зовнішній кільцевій щілині, а мазут - по внутрішній трубі. В щілинних форсунках пара витікає з нижньої щілини, а мазут - з верхньої.

З підвищенням тиску пари зростає видатність форсунок і поліпшується якість розпилювання. Парові форсунки прості за конструкцією, але неекономічні, бо потребують багато пари: 0,3-0,5 кг на 1 кг мазуту. До їх недоліків, крім того, відносяться:

а) збільшення втрат тепла з відпрацьованими газами внаслідок збільшення об'єму продуктів згоряння; б) безповоротна втрата пари (і, відповідно, конденсату); в) шум, під час їх роботи.

Тому в установках великої і середньої потужності застосовують форсунки з механічним розпилюванням мазуту. Мазут під тиском надходить у трубу форсунки, а з неї - в розпилювальну головку, де розміщені розподільна, завихрювальна і вихідна шайби.

Топкові мазути звичайно мають високу в'язкість і в тій чи іншій мірі забруднені механічними домішками. Щоб мазут став текучим і його можна було транспортувати по трубопроводах, а також для кращого розпилювання в форсунках, його перед надходженням до форсунок підігрівають. При застосуванні механічних форсунок мазут треба також старанно фільтрувати, щоб не забруднювалися канали шайб, які мають малі прохідні перерізи.

Топкові камери для спалювання мазуту за своєю формою і конструкцією взагалі аналогічні з камерами для пиловидного палива, за винятком нижньої частини, яка має вигляд не шлакової воронки, а плоского поду. Пальники розміщають звичайно на фронтальній або бічних стінках топки. При спалюванні високосірчастих мазутів, а також мазутів з великим вмістом ванадію і натрію виникає серйозне ускладнення в експлуатації.

Щоб зменшити сірчасту корозію і запобігти відкладенню золи з великим вмістом натрію, в топку або газоходи вводять домішку доломіту у вигляді дрібного порошку.

В енергетичних установках використовують природний газ, доменний газ і газ підземної газифікації. Спалюванню газу передують стадії сумішоутворення і підігрівання. Залежно від того, де змішують газ з повітрям, газові пальники поділяються на три типи: з попереднім змішуванням, дифузійні і проміжного типу. У пальниках з попереднім змішуванням газ і повітря змішуються перед пальником, і в пальник подається горюча суміш з невеликим коефіцієнтом зайвини повітря. У дифузійних пальниках газ і повітря подаються в топку роздільно, змішуються в топці способом турбулентної дифузії. В пальниках проміжного типу газ і повітря в значній мірі змішуються в самому пальнику і додатково перемішуються внаслідок дифузії в топковому просторі. Чим повніше перемішування в самому пальнику, тим кращі показники його роботи. При наявності газу високого тиску в невеликих установках можуть застосовуватись інжекційні пальники, в яких повітря інжектується струминою газу. Звичайно ж застосовують двопровідну систему з вентиляторним повітряним дуттям.

До пальників з попереднім змішуванням належать пальники з форкамерами, тунельні пальники, пальники з каналами й насадками з пористої вогнетривкої маси. Такі пальники бувають безфакельними (безполум'яними, коротко полум'яними), бо переважна частина газу згоряє в форкамерах, тунелях або насадках, від чого на виході з пальника утворюється дуже короткий і малосвітний факел або (в пальниках з насадками) з пальника виходять прозорі продукти згоряння.

Застосування пальників з попереднім змішуванням дає можливість зменшити об'єм топкової камери, що важливо для невеликих установок.

У великих установках об'єм топки визначається, як правило, умовами охолодження. В той самий час пальники цього типу мають значні габарити, вони більш громіздкі, ніж пальники інших типів. Це стосується також і пальників, побудованих на застосуванні мікрофакельного горіння природного газу, в яких горюча суміш пропускається з малою швидкістю крізь численні отвори малого діаметра. Пальники з попереднім змішуванням застосовуються при спалюванні низькокалорійних газів у невеликих установках. У топках енергетичних котлоагрегатів середньої і великої потужності застосовують або пальники проміжного типу, або дифузійні пальники. Загальний принцип їх роботи полягає в поділові газу на невеликі струмини і наступному змішуванні його з повітрям частково в пальнику, частково в топковій камері.

Струмини газу пронизують закручений повітряний потік, і газоповітряна суміш крізь амбразуру надходить у топку.

Топкові камери для спалювання газу і розміщення газових пальників аналогічні топкам при спалюванні рідкого палива. Суто мазутні і суто газові топки у великих установках трапляються рідше, ніж комбіновані топки для спалювання мазуту і вугільного пилу або газомазутні топки. У таких установках застосовують пальники, що дають можливість спалювати той чи інший вид палива.

4.3 Вихрові (циклонні) топки

Прямотоковий факельний метод спалювання не позбавлений і недоліків, зумовлених насамперед незадовільною аеродинамікою топкових камер (зокрема дуже малими швидкостями обмивання пилинок газовим потоком, особливо в заключній стадії горіння), а саме: громіздкість топкових камер через погане використання об'єму і необхідність глибоко охолоджувати гази в топці для попередження шлакування; висока концентрація золового пилу в потоці продуктів згоряння; золовий знос і занос конвективних елементів або знижені швидкості газів у них для попередження золового зносу; громіздке пилоприготувальне і золовловлююче обладнання. Ці недоліки в найбільшій мірі виявляються при спалюванні твердого палива.

Застосування вихрового (циклонного) принципу спалювання стало новим етапом у розвитку топкової техніки. Вихрові топки, як і факельні, можуть працювати з сухим і рідким шлаковидалянням. Найкращим типом вихрових топок для великих енергетичних котлоагрегатів є циклонні топки з рідким шлаковидалянням.

Першою топкою вихрового типу була пневматична (циркуляційно-вихрова) топка О.О. Шершньова для спалювання фрезерного торфу. Роботи по створенню цієї конструкції були початі наприкінці 20-х років нашого століття. Нижня частина топкової камери 7 має вигляд ежекторної воронки з двома вертикальними і двома похилими стінками-Основна кількість повітря (близько 85%) надходить в ежекторну воронку крізь горизонтальні сопла і створює в топці вихор з горизонтальною віссю обертання.

Дроблений торф подається в топку живильником 2 тонким опаром по всій ширині топки, разом з торфом крізь щілинний пальник подається близько 15% повітря. Найдрібніші частки проходять стадію теплової підготовки, займаються і горять на льоту, крупніші частки, що падають униз, підхоплюються зустрічним газоповітряним потоком, піднімаються вгору і втягуються у вихровий рух. Повітряна струмина, що надходить із сопел, ежектує гарячі гази з топкового простору. В циркуляційному вихорі сушаться, здрібнюються, займаються і горять частки торфу.

Пневматична топка О.О. Шершньова надійна, гнучка і економічна. Крім фрезерного торфу, в ній можна також спалювати тирсу і лузгу.

Циклонні топки складаються з циклонних камер (передтопок) і камер охолодження, в нижній частині яких завершується процес горіння.

Найпоширеніші топки з горизонтальною або мало похиленою до горизонту циклонною камерою.

До цього типу топок належить циклонна топка Барнаульського котельного заводу - ЦКТІ (інж. О.Н. Ковригіна). Топка складається з трьох камер: циклонної, допалювальної і камери охолодження.

Краплі рідкого шлаку, що виносяться газовим потоком, який виходить з горловини циклонної камери, натрапляють на своєму шляху на вертикальну стінку з торкрету, нанесеного на екранні труби, осаджуються на ній і стікають униз. У другій камері гази тричі змінюють напрям руху на 90°. Між другою і третьою камерою розміщений шлаковловлювальний пучок екранних труб. Це забезпечує високий ступінь уловлювання шлаку в рідкому стані і високу повноту горіння пилу грубого помелу і навіть дробленки.

Топки з горизонтальними циклонами характеризуються коефіцієнтом шлаковловлювання ή=90÷95%, тепловим навантаженням циклонної камери = (16,7÷25) • 103 кДж/м3 • год, відношенням довжини циклона до його діаметра = 1,0÷1,3, швидкістю повітря ω = 120÷180 м/сек, що підводиться.

Застосовують також топки з вертикальними циклонами, розміщеними над камерою охолодження. Основні показники їх такі: =1; =(4,18÷5)·10 кДж/м·год; ή=75÷80%; ω=20÷30 м/сек.

Циклонні топки з рідким шлаковидалянням можна застосовувати для багатьох видів палива. Їх застосування обмежується через: а) несприятливі характеристики золи твердого палива (тугоплавкість, висока зольність), що утруднюють надійність добування і видалення шлаку в рідкому стані, особливо при неповному навантаженні агрегату, і б) високу зведену зольність палива Аз < 4%, що спричинює значну витрату теплоти з фізичною теплотою шлаку.

Застосування циклонного принципу спалювання дає можливість створити високовидатне й ефективне топкове обладнання для спалювання твердого палива у потужних установках, досягти високої інтенсифікації топкового процесу і максимального ступеня уловлювання в топці шлаку в рідкому стані. Останнім часом намітилась тенденція застосовувати циклонні передтопки також для спалювання рідкого палива.

Топки циклонного типу набули в нас поки що обмеженого застосування, але вони дуже перспективні.

Висновки

В даній курсовій роботі я намагався показати важливе значення енергетики у народному господарстві, особливо в теперішній час, коли енергетика супроводжується прогресуючим виснаженням звичайних енергетичних ресурсів (нафти, газу, вугілля тощо) і з усе більш помітною, іноді вже необоротною, зміною («забрудненням») навколишнього середовища, що супроводжує роботу енергоустановок. В роботі подана характеристика різних типів палива, їх склад та використання, переваги та недоліки, показане важливе значення використання генераторів у енергетиці.

Література

1.     Алексеев Г.Н. Преобразование энергии. - М., Высш. шк., 1996.

2.     Алексеев Г.Н. Основы теории энергетических установок. - М., Высш. шк., 1988.

3.     Алексеев Г.Н. Прогнозное ориентирование развития энергоустановок. - М., Просвещение, 1994.

4.     Алексеев Г.Н. Энергия и энтропия. - М., Высш. шк., 1978.

5.     Капица П.Л. Энергия и физика. - Вестн. АН СССР, 1976, №1.

6.     Мелентьев Л.А. Оптимизация развития и управления больших систем энергетики. - М., Энергоатомиздат, 1986.

Страницы: 1, 2, 3, 4