Топки для факельного спалювання вугільного пилу з рідким шлаковидаленням
В топках з рідким шлаковидаленням температуру в нижній частині топкової камери підтримують такою, щоб забезпечити не лише повне розплавлення шлаків але і їх надійне видалення в рідкому вигляді з топки. Схеми пиловугільних факельних топок з рідким шлаковидаленням показані на рис. 16.
Рис. 16. Схеми пиловугільних факельних топок з рідким шлаковидаленням:
1 - поверхня топки, покрита вогнетривкою обмазкою; 2 - холодна радіаційна поверхня; 3 - подача палива; 4 – шлаковловлюючий пучок труб, покритих вогнестійким футеруванням
В однокамерній відкритій топці (рис. 16 а) пилоподібне паливо через пальник поступає в камеру, стінки якої покриті ошипованними футерованими екранними трубами. В зв'язку з цим в камері при горінні палива розвивається достатньо висока температура, яка забезпечує плавлення шлаку. Розплавлений і вловлений тут шлак через льотку стікає в ванну (на малюнку не показана), де гранулюється водою і потім віддаляється.
В камері охолодження, яка має відкриті екранні поверхні і є безпосереднім продовженням камери плавлення, відбувається охолодження газу і розплавленого шлакового виносу, який міститься в ньому. На виході з камери охолодження під час попадання до наступних конвективних поверхонь винос золи має бути в твердому стані і мати температуру, яка виключає його налипання на поверхні нагріву.
На відміну від топок з твердим золовидаленням, де в топковій камері осідає близько 5 % золи, а решта золи виноситься газоподібними продуктами горіння, в однокамерній відкритій топці з рідким шлаковидаленням вловлюється і віддаляється 15-30 % від загальної кількості золи. Необхідно відзначити, що для такої відкритої топки в області переходу від «гарячої» до «холодної» зони, де температура знижується і шлак втрачає текучість, спостерігається інтенсивне шлакування екранних поверхонь нагріву. Це ускладнює експлуатацію і знижує ефективність поверхонь нагріву.
Значно сприятливіші умови роботи напіввідкритої однокамерної топки з рідким шлаковидаленням (рис. 16 б). Тут завдяки спеціально виконаному пережиму зона плавлення і зона охолодження в значній мірі розділені. В камері горіння екранні труби ошиповані і покриті вогнетривкою обмазкой. Процес спалювання палива майже повністю завершується в цій камері, а її об'єм відносно обмежений в зв'язку з чим об'ємна густина тепловиділення тут складає 0,5- 0,8 МВт/м3, а температура 1700-1800 °С. В камері вловлюється 20-40 % золи палива, яка видаляється в рідкому стані через льотку. В верхній частині топки розташовані відкриті екранні поверхні, які забезпечують охолодження газу і видносу.
В двокамерній топці з рідким шлаковидаленням (рис. 16 в) камера горіння палива з рідким шлаком і камера охолодження розділені шлакосепараторними решітками, які виконані з розведених ошипованних екранних труб, які мають вогнетривку обмазку. Основна кількість розплавленого шлаку вловлюється в камері горіння. Додатково вловлений в шлакосепараторі шлак стікає на дно топки, звідки через льотку шлак поступає у водяну ванну для грануляції. В двокамерній топці вловлюється до 70 % всієї золи. Ще більшого вловлювання золи (80-95 %) в межах топкової камери досягають при використані циклонних топок, які розглядаються нижче.
Вловлювання значної кількості золи в межах топкової камери зменшує забруднення поверхонь нагріву, а також їх знос летючою золою. При цьому можливе підвищення швидкості димових газів, що інтенсифікує передачу теплоти конвективним поверхням нагріву. При рідкому шлаковидаленні завдяки високій температурі в топковій камері знижуються втрати теплоти від механічного недопалу. Так, при спалюванні АШ, при переході від твердого шлаковидалення до рідкого втрати теплоти від механічного недопалу знижуються з 6-7 до 3-4 %.
До недоліків топки з рідким шлаковидаленням можна віднести підвищені втрати з фізичною теплотою шлаку. Для багатозольного палива ці втрати можуть досягати 2-3 %. Проте слід відзначити, що теплота рідких шлаків і самі шлаки можуть використовуватися для різних технологічних процесів.
Топки з рідким шлаковидаленням використовують для низькореакційних палив, які мають сприятливі температурні і в’язкістні характеристики золи та шлаку і палив з легкоплавкою золою.
Циклоні і вихрові топки
Значна інтенсифікація процесу горіння твердого дрібноподрібненого палива або грубого пилу, а також максимальне вловлювання золи в межах топкової камери досягаються в циклонних топках. В промисловості використовують різні типи горизонтальних (мало похилих) і вертикальних циклонних топок для спалювання дрібноподрібненого палива або грубого пилу з рідким шлаковидаленням.
Принципова схема циклонної топки з горизонтальним розташуванням камери і рідким шлаковидаленням показана на рис. 17 а. Паливо подають в циклонну камеру з первинним повітрям. На схемі показано введення паливно-повітряної суміші через равлик в центральну частину камери. Вторинне повітря подають в камеру тангенціально через сопла-щілини з великою швидкістю (більше 100 м/с), забезпечуючи рух паливних частинок до стінок камери. Вихори, які утворюються в циклонній камері, сприяють інтенсивному сумішоутворенню і горінню палива як в об'ємі циклона, так і на його стінках.
Рис. 17. Схема циклонних топок з рідким шлаковидаленням:
а) горизонтальна топка; б) вертикальна топка з нижнім виведенням газів; в) вертикальна кільцева топка з верхнім виведенням газів
Висока температура (1700-1800°С), яка розвивається в циклонній камері, приводить до розплавлення золи і утворення на стінках шлакової плівки. Рідкий шлак витікає з камери через льотку. Вловлювання золи в межах камери складає 85-90 % і більше. Свіжі частинки палива, які відкидаються до стінок, прилипають до шлакової плівки, де вони інтенсивно вигоряють при обдуванні їх повітряним потоком.
У вихідній частині циклонної камери є пережим (пастка), через який продукти горіння поступають в камеру допалювання. Наявність пережиму приводить до зменшення виносу. Великі частинки циркулюють в камері до повної газифікації. Найдрібніші частинки палива, які виносяться з циклону догорають в камері допалювання.
Циклонні камери працюють з високою об'ємною густиною тепловиділення qV=1,5-3 МВт/м3 і густиною теплового потоку на січені циклона qF = 11-16 МВт/м2 при малому коефіцієнті надлишку повітря в циклоні α= 1,08-1,1.
Довжина циклонної камери складає 1,2-1,5 її діаметру.
Схема вертикальної циклонної топки (передтопка) з нижнім виведенням газів показана на рис. 17 б, а схема вертикальної циклонної топки з верхнім виведенням газів - на рис. 17 в.
Циклонні топки горизонтальні і вертикальні знайшли широке розповсюдження за кордоном. Тривала експлуатація циклонних топок з рідким шлаковидаленням показала їх високу ефективність. Основними їх перевагами є: висока об'ємна густина тепловиділення (декілька мегават на кубічний метр), що приводить до скорочення габаритів установки; вловлювання в межах камери і видалення в рідкому вигляді близько 85-90 % золи палива, що дає можливість інтенсифікувати роботу конвективних поверхонь нагріву і в ряді випадків відмовитися від встановлення газоочисних пристроїв; можливість роботи з малим коефіцієнтом надлишку повітря (α=1,05-1,1), що призводить до зниження втрати теплоти з відхідними газами; можливість роботи на подрібненому паливі або пилі грубого помолу, що дозволяє спростити систему пилопригодування і понизити витрату електроенергії на паливоприготування.
До основних недоліків циклонних топок відносяться: проблеми при спалюванні вугілля з малим виходом летких, а також сильно вологого вугілля; збільшення втрати теплоти з фізичним теплом шлаку (більше 2%); підвищена витрата енергії на дуття; відносно підвищений вихід оксидів азоту в зв'язку з високою температурою в циклонній камері.
Позитивні особливості закручених потоків використовуються у вихрових топках, відомих під назвою топки з пересічними струменями. На рис. 19 показані схеми напівзакритих топок, в яких завдяки відповідній конфігурації нижньої частини топки і способу підведення пилоповітряної суміші з швидкістю приблизно 80 м/с створюється вихровий рух з горизонтальною віссю обертання. Гарячі топкові гази перетинають пилоповітряний потік, забезпечують його інтенсивне займання. Є топки з пересічними струменями і з вертикальною віссю обертання потоку.
Рис. 19. Вихрові топки з пересічними струменями:
а) топка ЦКТИ; б - топка МЭІ