 |
2.8.3.Тяго-дутьевые устройства.
|
|
|
|
2. 8. 3. Тяго-дутьевые устройства.
Подачу воздуха в топке котлов, перемещение дымовых газов по газоходам и их удаление в атмосферу осуществляют дутьевым и тяговым устройствами.
Увеличить количество сжигаемого топлива, т. е. повысить мощность топки, можно в результате увеличения разрежения в топочном пространстве или давления в воздухоподводящем устройстве. При сжигании газообразных, жидких топлив, мощность топок увеличивается с повышением разрежения в топочном пространстве (но не более 8 мм вод. ст. ); во всех остальных случаях увеличивают давление в воздухоподводящем устройстве, т. е. устраивают искусственное дутье: вентиляторное или комбинированное - вентиляторное и паровое.
Комбинированное дутье - вентиляторное и паровое - применяют лишь при сжигании каменного угля и антрацита, обладающих легкоплавкой золой; при этом паровое дутье используется в период растопки и после чистки топок.
Вентиляторное дутье применяют в зависимости от рода сжигаемого топлива, конструкции топки и величины теплового напряжения.
Статическое давление в воздухоподводящих устройствах должно быть до 300 мм вод. ст. - при сжигании газообразных и особенно жидких топлив.
Для большинства топочных устройств воздух, подаваемый для горения, не подогревается. Воздух следует забирать как непосредственно из котельной, так и снаружи, чтобы не создавать в помещении повышенного разрежения.
Количество воздуха, на которое рассчитывается дутьевое устройство, определяют по уравнению
где:
1, 1 - значение коэффициента, учитывающего утечку воздуха через неплотности воздуховодов;
aT - значение коэффициента избытка воздуха в топке;
|
|
|
Bp - максимальный расход топлива в кг/ч;
VO - количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива при 0 и 760 мм рт. ст. , в м3/кг;
b - барометрическое давление в мм рт. ст. в районе расположения котельной;
tB- температура подаваемого воздуха в град.
Значение отношения 760/b мало, поэтому поправка на барометрическое давление в большинстве случаев несущественная.
Дутьевые вентиляторы выбирают по их производительности и создаваемому ими полному давлению. Полное давление, создаваемое дутьевым вентилятором, слагается из давления при выходе из воздухоподводящего устройства (динамического давления) и суммы сопротивлений установки, складывающихся из местных сопротивлений и сопротивлений трения в воздуховодах, зольники и решетке со слоем топлива (статического давления), а также в форсунке или горелке.
Если устанавливают воздухоподогреватель, то учитывают и его сопротивление. При подборе вентиляторов полное давление рекомендуется увеличивать на 10%.
Вопросы к размышлению:
1. Что такое разрежение?
2. Чем регулируется разрежение в печи?
3. Какие дутьевые устройства применяют на печах?
2. 9. Рекуператоры
2. 9. 1. Общие сведения
Для утилизации тепла используют регенераторы и рекуператоры.
Регенераторы - аппараты периодического действия, выполняются из материалов, имеющих соответствующую огнеупорность, термостойкость, теплоемкость.
Рекуператоры - аппараты непрерывного действия, выполняются из металлов и керамических фасонных изделий.
Рекуператоры бывают:
- трубчатые
- игольчатые
- радиационные
- чугунные
Рекуператоры имеют преимущества перед регенераторами:
1. Малое колебание точечной температуры нагрева.
2. Отсутствие потерь при перепитке клапанов.
3. Возможность регулирования температуры подогрева.
4. Имеют меньшую массу.
Преимущества регенераторов:
|
|
|
1. Греют среду до более высоких температур.
2. Имеют меньшую чувствительность к загоранию.
При подогреве воздуха до 8000С применяются рекуператоры, при подогреве свыше 8000С - регенераторы.
2. 9. 2. Классификация рекуператоров по схеме движения в них дымовых газов и воздуха
В рекуператорах передача тепла происходит через стенку, по одну сторону которой движутся дымовые газы, а по другую - нагреваемый воздух или газ.
Если направление токов воздуха и дымовых газов в рекуператоре параллельны, то рекуператор называют прямоточным; если эти направления противоположны, то рекуператор называют противоточным. Если направление движения воздуха и дымовых газов взаимно перпендикулярны, то рекуператор называют рекуператором с перекрестным движением газовых сред.
Кроме этих элементарных схем, на практике обычно встречаются более сложные схемы движения воздуха и дымовых газов, представляющие комбинации перекрестного тока с противотоком или прямотоком.
Теплотехнически противоток имеет следующие преимущества перед прямотоком:
1. Количество передаваемого тепла (при прочих равных условиях) при противотоке выше, чем при прямотоке, поэтому противоточный рекуператор компактнее прямоточного.
2. При одной и той же температуре дымовых газов, поступающих в рекуператор, при противотоке возможен нагрев воздуха до более высоких температур, чем при прямотоке.
Преимуществом применения прямотока является то, что при прочих равных условиях максимальная температура стенки рекуператора в этом случае ниже, чем при противотоке. Это позволяет в некоторых случаях при устройстве прямотока применять рекуператор из обыкновенной стали даже при сравнительно высоких температурах дымовых газов, входящих в рекуператор (800-8500С), и температуре нагрева воздуха до 350-4000С.
Однако практика эксплуатации рекуператоров показала, что прямоток можно применять только при относительно тонкостенных элементах металлических рекуператоров. В толстостенных элементах рекуператоров (например, чугунных) на участке входа дымовых газов в рекуператор при прямотоке перепад температур в пределах стенки настолько возрастает, что вызывает образование трещин. Поэтому в чугунных рекуператорах в последнее время стали чаще применять противоток, а при перекрестном токе и многоходовом рекуператоре - перекрестный противоток.
|
|
|
Под многоходовым понимают такой рекуператор, в котором ток воздуха или дымовых газов (чаще воздуха) не идет прямолинейно, а изменяет свое направление два, три и более раз на 1800.
Подогрев воздуха (или газа) обусловливает некоторые особенности горелочных и топочных устройств, которые должны быть учтены при конструировании установки и эксплуатации рекуператоров.
Если целью установки рекуператоров является только экономия топлива, то обычно подогревают лишь воздух, но иногда воздух и газ (низкокалорийный) одновременно, причем чаще всего до 300-3500С.
При установки рекуператора на действующей печи или проектировании печи с рекуператором следует учитывать, что при работе горелки на подогретом воздухе (или газе) производительность ее несколько понижается по сравнению с работой на холодном воздухе, температура которой повышена.
Следует, однако, обратить внимание на то, что фактически производительность горелок и форсунок при подогреве воздуха, идущего на горение, уменьшается не в такой мере, как по формуле уменьшения производительности горелки при постоянном давлении перед ней, так как с увеличением подогрева воздуха повышается и экономия топлива, т. е. снижается расход воздуха, проходящего через горелку или форсунку.
В инжекционных горелках с активной воздушной средой, т. е. с инжекцией воздухом газа, нуль-регулятор устанавливают на газовой линии.
Температура подогрева воздуха и газа рекомендуют выбирать так, чтобы температура газо-воздушного смеси не превышала 450-5000 С.
Нужно учитывать, что при работе горелки на подогретом газе, воздухе или их смеси давление газо-воздушной смеси должно быть выше, чем при работе на холодных составляющих смеси, так как во избежании хлопков необходима более высокая скорость выхода газо-воздушной смеси из смесительного сопла. Более высокая скорость инжектирующей среды требует и более высокого ее давления перед горелкой.
|
|
|
Жидкое топливо (мазут) - одно из самых дорогих. Поэтому установка рекуператоров на печах, отапливаемых мазутом, для его экономии имеет очень большое значение.
В промышленности для сжигания мазута применяют форсунки высокого и низкого давлений. В форсунках низкого давления мазут распыляется вентиляторным воздухом, давление которого перед форсункой составляет 2940-6850 Н/м2 (300-700 мм вод. ст. ). При работе на холодном воздухе в форсунку от вентилятора обычно подается 60-70% воздуха, необходимо для сжигания, остальное его количество подсасывается из окружающей атмосферы. Если воздух подогревают, то через форсунку пропускается все его количество, необходимое для сжигания мазута.
Производительность форсунок низкого давления обычно колеблется от 3-4 до 60-70 кг/ч мазута. Их устанавливают на термических печах малого и среднего размеров.
В форсунках высокого давления (кроме механических) мазут распыливают компрессорным воздухом или паром с избыточным давлением перед форсункой от 294-392 до 981-1470 кН/м2 (3-4 до 10-15 ати).
Расход распыляющей среды в форсунках высокого давления составляет 8-10% от расхода воздуха на горение мазута.
Форсунки высокого давления обычно длиннопламенные. Расход мазута в них составляет от 50-60 до 400-500 кг/ч. Их применяют на больших нагревательных и плавильных печах.
Форсунки низкого давления выпускают разнообразных конструкций.
Эти форсунки почти всех конструкций позволяют подогревать распыливающий воздух до 280-3000С (при входе в форсунку) без закоксовывания мазутной трубки. При подогреве воздуха до температуры выше 280-3000С наблюдают закоксовывание мазутной трубки, и поэтому необходимо покрывать мазутную трубку теплоизоляцией или применять форсунки таких конструкций, в которых мазутную трубку помещают в трубку большего диаметра и между ними пропускают защитный слой холодного воздуха.
Следует, однако, отметить, что подогрев воздуха до 3000С для обыкновенной форсунки не является во всех случаях пределом. Практика эксплуатации форсунок на заводах показывает, что в некоторых случаях они работают без закоксовывания при подогреве воздуха до 350-4000С. Это может быть при использовании подогретого и профильтрованного мазута, пониженном теплоизлучении из рабочего пространства печи на форсунку и хорошем ее обслуживании.
При подогреве воздуха до 250-3000С форсунки могут работать с коэффициентом избытка воздуха 1, 05-1, 1 без заметного недожога топлива.
Подогрев воздуха для всех форсунок сокращает стадию подготовки топлива, вследствие чего факел укорачивается в среднем на 30% (при подогреве воздуха до 200-3000С) и улучшает процесс горения топлива.
|
|
|
Последнее ясно видно из рис. 9, где дана характеристика сгорания мазута по длине факела в форсунке типа ФОБ-2 при холодном воздухе и при подогреве его до 3000С.
Так же, как в случае газоых горелок, подогрев распыливающего воздуха при данном его давлении снижает производительность форсунок, что необходимо учитывать при установке рекупираторов на действующих печах или проектировании новых печей с рекупираторным подогревом, так как данные каталогов обычно относятся к случаю распыления мазута холодным воздухом. при подогреве распыливающего воздуха до 3000С производительность форсунок снижается примерно на 25-30%.
На Рис. 10 показан график изменения производительности форсунки типа ФОБ-2 (по воздуху) в зависимости от изменения подогрева распыливающего воздуха от 80 до 3000С и при давлении воздуха перед форсункой 2940, 4900, 6850 Н/м2 (300, 500 и 700 мм вод. ст. ).
Практически условия эксплуатации рекуператоров в той или иной степени отличаются от тех, которые принимают при проведении расчета, так как имеется ряд обстоятельств, влияющих на отклонение практических условий от расчетных, и точно учесть эти обстоятельства почти невозможно. А между тем чем больше отличаются условия практической эксплуатации рекуператора от принятых в расчетах, тем больше отличаются от расчетных фактические параметра рекуператора - температура подогрева воздуха (газа) и максимальная температура стенок рекуператорных элементов. Это так называемые " эксплуатационные неравномерности", вызываемые отклонением условий эксплуатации от принятых при проектировании рекуператора.
Однако в ряде случаев отклонение действительных условий работы элементов рекуператоров от средних расчетных вызывается конструктивными и эксплуатационными причинами, например неравномерное обтекание газовой средой пучка труб вследствие неравномерного поля скоростей, изменение коэффициента теплоотдачи по периметру рекуператорного элемента.
Основной задачей при конструировании рекуператора является правильный анализ будущих эксплуатационных условий его работы, цель которого предусмотреть в конструкции все необходимое для того, чтобы проектные условия более приближались к эксплуатационным.
Вопросы к размышлению:
1. Какие бывают рекуператоры?
|
|
|
