Ефремов С.С., Грибков А.М.
ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ОГНЕВОГО СТЕНДА КАФЕДРЫ АТЭС *
Аннотация:
в статье приведены ход и результаты испытаний горелки на огневом стенде. Рассмотрена уникальная конструкция горелочного устройства ее плюсы и минусы.
Ключевые слова:
горелочное устройство, огневой стенд
Литературный обзор.Важнейшую роль в теплоэнергетике играют тепловые электростанции, которые вырабатывают тепловую и электрическую энергию.Назначение любого топливосжигающего устройства заключается в превращении химической энергии топлива в теплоту продуктов сгорания, которая затем используется для получения пара или горячей воды в котельных установках, для нагрева металла в промышленных печах, сушки изделий в сушильных установках, в качестве рабочего тела в газовых турбинах и т. д. Основной процесс горения топлива в топочной камере – это химические реакции его горючих элементов с кислородом, протекающие в сложных условиях в сочетании с рядом физических процессов, накладывающихся на химические реакции. Одной из основных задач теории горения является изучение роли физических процессов (тепло- и массообмена, аэродинамического, теплового и воздушного режимов топочной камеры) в протекании химических реакций горения для организации указанных процессов таким образом, чтобы они благоприятствовали протеканию реакций горения и топочного процесса в целом.Горелочные устройства котла предназначены для ввода в топочную камеру топлива и воздуха, последующего их перемешивания и поддержания устойчивого воспламенения горючей смеси.Горелки можно классифицировать по аэродинамеческому способу подачи компонентов горючей смеси на:– вихревые,– прямоточные,– плоскофакельные.По типу сжигаемого топлива горелки делятся на:– пылеугольные,– газомазутные,– газовые,– мазутные.Комбинированные пылеуголные (пыль, газ или пыль и мазут).Пылеугольные горелки применяют для сжигания практически всех видов твердого топлива. Горелки имеют закручивающие аппараты, которые устанавливаются в каналах ввода пылевоздушной смеси и воздуха. По конструкции закручивающих аппаратов горелки делятся на:– лопаточно-лопаточные (ГЛЛ),– улиточно-лопаточные (ГУЛ),– улиточно-улиточные (ГУУ),– прямоточно-лопаточные (ГПЛ),– прямоточно-улиточные (ГПУ).Первым после индекса Г (горелка) указывается тип закручивающего аппарата по первичному воздуху.Рекомендованное число горелок на котел со значениями скоростей по первичному и вторичному воздуху рассчитаны и приведены в справочных таблицах Клименко А.В., Зорина В.М.Конструктивные схемы вихревых горелок показаны на рисунке 1.Интенсивность смешивания и дальнобойность факела в вихревых горелках зависит от крутки потоков, определяемы конструктивным параметром крутки nк. Для прямоточного подвода пылевоздушной смеси nк.Прямоточные горелки разделяют по способу подачи первичного и вторичного воздуха на:– горелки с односторонним вводом (ГПО),– горелки с чередующим вводом (ГПЧ).Горелки с чередующим вводом воздуха классифицируются по высоте подачи пыли и воздуха на:– горелки с горизонтальным каналом (ГПЧг),– горелки с вертикальным каналом (ГПЧв).Горелки типа ГПО используют для сжигания как слабо-, так и сильно реакционных топлив. ГПЧг и ГПЧв для сжигания каменных и бурых углей.Подводимый вторичный воздух может быть, как одно- и двусторонним, а пылевоздушной смеси – по одному или нескольким пылепроводам. Плоскофакельные горелки (ГПЦпф) с центральным (Ц) вводом первичного воздуха применяют для сжигания углей марок АШ, ПА, Т, каменных и бурых углей.Рисунок 1. Вихревые горелки.а- улиточно-лопаточные с двойным каналом по вторичному воздуху, б-улиточно-улиточные, в- лопаточно-лопаточные, г-прямоточно-лопаточные, д-прямоточно-улиточные, Ⅰ-Ⅲ вводы первичного, вторичного воздуха для охлаждения центрального канала, 1- канал ввода форсунки, 2- ввод охлаждающего воздуха, 3- улитка первичного воздуха, 3- подвод первичного воздуха, 4,5- вводы вторичного воздуха, 4- улитка вторичного воздуха, 6- ребро жёсткости, 7-закручиватель лопаточный, 8- элемент крепления, 9-11- соответственно каналы подачи воздуха на охлаждение, первичного и вторичного воздуха, 12- устройство дистанционирующее, 13- рассекатель.Газомазутные горелки подразделяют по вводу топлива, аэродинамической организации факела, количеству воздушных потоков, типу завихряющих устройств, способу ввода газа в поток воздуха, характеру подвода воздуха к горелке, месту ввода газов рециркуляции.Токсичные продукты сжигания топлива.На тепловых электрических станциях при сжигании разных видов органического топлива в топках котельных агрегатов или камерах сгорания образуются разнообразные продукты сгорания, такие как оксиды углерода COx=CO+CO2, водяные пары H2O, оксиды серы SOx=SO2+SO3, оксиды азота NOx=NO+NO2, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и др.Объёмная концентрация CO в продуктах сгорания паровых и водогрейных котлов как правило не превышает сотых долей процента, а CO2 напротив, в разы выше и может достигать 10-14 % в зависимости от вида топлива.Оксиды азота образуются в результате окисления как молекулярного азота воздуха, так и азота, содержащегося в топливе. Проводимые экспериментальные исследования показывают, что основная доля NOx, а это 95-100%, приходится на монооксид NO. При факельном сжигании топлива концентрация оксидов NO2 очень мала и составляет от 0-0,035 % (0-3,5 г/м3).Сера содержащиеся в топливе служит источником образования оксидов серы SOx, сернистого SO2, (диоксида серы) и серного SO3 (триоксида серы) ангидридов. Суммарный массовый выброс SOx зависит толькоот содержания серы в топливе Sr, а их концентрация от коэффициента избытка воздуха α. Доля SO2 составляет 97-99%, а доля SO3 1-3% суммарного выхода SOx. Содержание SO2 в уходящих из котлов газах колеблется от 0,08 до 0,6% (8-60 г/м3), а SO3 от 0,0001-до 0,008 % (0,01-0,8 г/м3).Среди вредных компонентов дымовых газов особое место занимает ПАУ. Большое количество таких компонентов обладают высокой канцерогенной и мутагенной активностью. Они активизируют фотохимические смоги в близь лежащих городах, поэтому требуют тщательного и строгого контроля. Так же существуют ПАУ физиологически инертные и не являются канцерогенно-опасными, например фенантрен, флуорантен и др. Из-за большой трудности измерения большого количество разнообразных ПАУ, уровень канцерогенного загрязнения дымовыми газами атмосферного воздуха оцениваются по самому сильному и стабильному канцерогену-бенз(а)пирен (Б(а)П) C20H12 [10].При сжигании мазута и твердого топлива в выбросах дымовых газах также содержатся твердые частицы, состоящие из летучей золы, так называемых сажистых частиц, ПАУ и не сгоревшего в результате механического недожога топлива.Для расчета вредных веществ используют такие отраслевые документы как: РД 34.02.304-95 «Методические указания по расчету выбросов окислов.Горелочное устройство кафедры АТЭС.Одним из основных элементов котельного оборудования является горелочное устройство. Горелочные устройства предназначены для ввода в топочную камеру топлива и воздуха, последующего их перемешивания и поддержания устойчивого воспламенения горючей смеси [1]. Благодаря эффективному сгоранию топлива, уменьшаются суммарные выбросы вредных веществ в окружающую среду и увеличивается тепловая мощность горелки.На огневом стенде кафедры АТЭС установлена горелка для натурных испытаний. Особенность данной горелки заключается в способе смесеобразования газа и воздуха (рисунок 2).Рисунок 2. Схема потоков газа и воздуха горелки.В горелку поступает воздух и через отверстия попадает в камеру смешения воздуха и газа. Газ поступает в центральную часть камеры 94 смешения. Благодаря подвижной части горелки и смещения ее в доли оси, регулируется скорость перемешивания газа и воздуха, за счет перекрытия или открытия отверстий, через которые в камеру смешения подается воздух. Такой способ даёт возможность дополнительного регулирования режима горелки.На огневом стенде закреплена неподвижная часть горелки, подвижная часть закреплена на подвижной штанге, с помощью которой горелку можно передвигать вдоль оси, тем самым меняя ее режим, тем самым меняя ее режим.Были проведены испытания на нескольких режимах горелки и получены данные о суммарных концентрациях CO, O2, NOx, NO, NO2 (рисунок 3)Рисунок 3. График изменения концентраций при отодвинутой горелки.Из графика хорошо видно, как изменяются концентрации веществ от положения горелки. Подобрать оптимальный режим горелки, это значит получить максимальную тепловую мощность сжигания топлива, при этом получить максимально низкие концентрации веществ токсичных для окружающей среды.Заключение.Плюсы данной горелки заключаются в широком диапазоне режимов горелки, возможности регулировки не только специальным оборудованием, но и конструкцией самой горелки.Специфической особенностью данной горелки является трудность в определении оптимального режима смесеобразования и последующего горения топлива.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 3
Ссылка для цитирования:
Ефремов С.С., Грибков А.М. ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ОГНЕВОГО СТЕНДА КАФЕДРЫ АТЭС // Вестник науки №5 (86) том 3. С. 1549 - 1558. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23184 (дата обращения: 09.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+