О выборе горелочных устройств для котлоагрегатов малой мощности при реконструкции муниципальных котельных и других топливосжигающих установок Текст научной статьи по специальности «Энергетика»

Научная статья на тему 'О выборе горелочных устройств для котлоагрегатов малой мощности при реконструкции муниципальных котельных и других топливосжигающих установок' по специальности 'Энергетика' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии ВАК
Авторы
Журнал
Выпуск № 1 (145) /
Коды
  • ГРНТИ: 44 — Энергетика
  • ВАК РФ: 05.14.00
  • УДK: 620.9
  • Указанные автором: УДК:662.61.502.36

Статистика по статье
  • 50
    читатели
  • 32
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
  • ГАЗОВОЕ ТОПЛИВО
  • ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА
  • ТОПКА КОТЛА
  • ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
  • ПОЛНОТА СГОРАНИЯ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА
  • ENVIRONMENTAL PROBLEM
  • GAS FUEL
  • GAS BURNER
  • BOILER FURNACE
  • HEAT CAPACITY SUPPLY
  • COMBUSTION EFFICIENCY OF GAS

Аннотация
научной статьи
по энергетике, автор научной работы — БЕЛЬСКАЯ ТАТЬЯНА ИГОРЕВНА

В статье проанализированы основные источники загрязнения окружающей среды в энергетике. Выявлено, что типы и марки газогорелочных устройств как для котельных установок, так и для разного рода печей существенно влияют на уровень выбросов вредных веществ, а также на полноту сгорания топлива. На основе анализа причинно-следственных связей при функционировании топливосжигающих устройств предложены методика и алгоритм выбора типа газовых горелок для конкретного агрегата в зависимости от его назначения и конструкции в условиях ремонта и реконструкции котельной установки.

Abstract 2016 year, VAK speciality — 05.14.00, author — BELSKAYA TATYANA IGOREVNA

The base source of environment waste in energy sector is analyzed. It is showed, that typestyle and model of gas burner units for various kinds of boilerplant produce a large effect on column waste of noxious agent and combustion efficiency of fuel. The method and algorithm of selection typestyle of gas-fired burner based on the analyses of cause-and-effect relations under working the fuel-burning arrangement is offered. The gas-fired burner are chosen for a specifically machine according to its application and construction under repair or work under the reconstruction of the boilerplant.

Научная статья по специальности "Энергетика" из научного журнала "Омский научный вестник", БЕЛЬСКАЯ ТАТЬЯНА ИГОРЕВНА

 
close Похожие темы научных работ
Читайте также
Читайте также
Читайте также
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по энергетике , автор научной работы — БЕЛЬСКАЯ ТАТЬЯНА ИГОРЕВНА

Текст
научной работы
на тему "О выборе горелочных устройств для котлоагрегатов малой мощности при реконструкции муниципальных котельных и других топливосжигающих установок". Научная статья по специальности "Энергетика"

УДК 662.61.502.36
Т. И. БЕЛЬСКАЯ
Омский государственный университет путей сообщения
О ВЫБОРЕ ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ КОТЛОАГРЕГАТОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ МУНИЦИПАЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ И ДРУГИХ ТОПЛИВОСЖИГАЮЩИХ УСТАНОВОК
В статье проанализированы основные источники загрязнения окружающей среды в энергетике. Выявлено, что типы и марки газогорелочных устройств как для котельных установок, так и для разного рода печей существенно влияют на уровень выбросов вредных веществ, а также на полноту сгорания топлива. На основе анализа причинно-следственных связей при функционировании топливосжигающих устройств предложены методика и алгоритм выбора типа газовых горелок для конкретного агрегата в зависимости от его назначения и конструкции в условиях ремонта и реконструкции котельной установки.
Ключевые слова: экологическая проблема, газовое топливо, газовая горелка, топка котла, теплопроизводительность, полнота сгорания газового топлива.
Экологическая проблема сегодня требует незамедлительных и действенных решений. Ежегодно все более частыми явлениями становятся экологические бедствия, начиная от локального до глобального уровня влияния. В результате это ведет к значительному загрязнению атмосферы, вызывая парниковый эффект, озоновые дыры, кислотные дожди и смоги [ 1 — 3]. Топливно-энергетический комплекс и транспорт относятся к наиболее распространенным источникам загрязнения окружающей среды (рис. 1).
Основной объем вредных выбросов, например, таких, как оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, возникает в результате сжигания топлива в парогенераторах и двигателях внутреннего сгорания [3]. Для обеспечения минимизации выбросов необходимо усовершенствовать процессы горения и повышать производительность теплоиспользующих установок.
Все типы различных котельных агрегатов, технологических печей, горелочных устройств и прочего оборудования имеют свои специфические конструктивные и технологические особенности. Рациональный выбор типа и способа регулирования их работы во многом определяет состав и количество вредных выбросов [2 — 8].
Для достижения наиболее благоприятных условий горения, при которых потери тепла от химической неполноты сгорания газа стремятся к нулю, необходимы следующие условия: квалифицированная эксплуатация оборудования, рациональный и обоснованный выбор типа и размещения горелок, оборудование топки, хорошая организация смешения газа и воздуха и другие. Все оборудование котельной установки должно быть сертифицировано, отвечать общепринятым стандартам и техническим требованиям [1, 7].
При выборе газогорелочных устройств необходимо обратить внимание на тип и технические характеристики модели котлоагрегата (типоразмер, КПД, полезная теплотворная мощность, аэродинамическое сопротивление топки). Далее необходимо определить, какие требования предъявляют к организации сжигания топлива, определить расход газа на одну горелку, строение границы факела и характер теплообмена в топке. К основным характеристикам конструкции горелки относятся: данные о габаритах горелки, значения давлений воздуха и газа при заданных расходах, а также данные о строении образующегося факела [2, 6, 7].
При выборе типа газогорелочных устройств и их местонахождения в топке следует уделить внимание показателями, таким как длина факела и его тепловая и аэродинамическая дальнобойность. Согласно исследованиям, данные показатели в значительной мере влияют на эффективное и безопасное использование топлива. Существующего теоретического и практического материала недостаточно для наиболее точных инженерных расчетов процесса смешения в газовых горелках, расчета хода выгорания горючих по длине факела для горелок со струйной выдачей газа в сносящий прямоточный или закрученный поток воздуха. Однако имеющихся данных достаточно, чтобы определить направление предстоящих исследований и дать предварительные рекомендации по проектированию газовых горелок для котельных установок, работающих при умеренных тепловых нагрузках топочного объема, то есть <3/У<500403 ккал/(м3ч) [1-2,6-8].
В настоящее время при огромном разнообразии типов и конструкций газогорелочных устройств существует тенденция, при которой большинство организаций, занимающихся их проектированием и разработкой, стремится к созданию универсальной
Рис. 1. Доли загрязнений атмосферы различными отраслями техники в России: 1 — теплоэнергетика, 2 — черная металлургия, 3 — нефтедобыча, 4 — автотранспорт,
5 — цветная металлургия, 6 — промышленность стройматериалов, 7 — химическая промышленность
конструкции горелки, подходящей для любых типов котельных установок. К особенностям такой универсальной горелки можно отнести более низкую цену, повсеместное применение, приоритет к достижению наиболее полного перемешивания газа с воздухом. Но если для высокофорсированных камер сгорания, работающих с тепловыми нагрузками топочного объема выше (1,5 — 2,0)406 ккал/(м^ч), применение таких горелок может быть эффективно, то для топок котлов, в которых тепловые нагрузки не превышают (0,5 — 0,6)406 ккал/(м3^ч), оно не оправдывается [2, 5]. Поэтому выбор горелок требует индивидуального подхода к каждому га-зосжигающему агрегату для данных конкретных условий с учетом получения наиболее эффективных результатов. Положительными характеристиками конструкций горелочных устройств являются: простота (отсутствие подвижных частей, деталей сложных форм), минимизация сопротивления при движении воздуха и газового топлива, а также их регулируемая подача. В отдельных случаях целесообразно применять горелки сложных конструкций, например, при установке одной газовой горелки на котельном агрегате, тепловой режим работы которого характеризуется изменчивостью во времени.
Также при рассмотрении различных типов га-зогорелочных устройств не стоит отдавать предпочтение какому-либо одному способу сжигания газа, например кинетическому или диффузионному. Практика показывает, что для котельных агрегатов могут применяться любые виды горения, если они выбраны с учетом всех необходимых требований: производительности агрегата и его конструктивных особенностей, конфигурации и геометрических размеров топочной камеры, степени ее экранирования и т.д.
Для котельных агрегатов промышленного назначения наиболее часто применяются горелки, основанные на многоструйном распределении газа в поперечном воздушном потоке. Для разделения топливного потока на несколько струй в основном используют специальную насадку с нужным количеством отверстий. Подача струй газа в поток воздуха, который может быть прямоточным или иметь предварительную закрутку, производится с центра или с периферии. Развитие и перемешивание струй в поперечном потоке воздуха является достаточно сложным и малоизученным процессом [6, 7].
Различные типы инжекционных и короткофа-кельных двухпроводных горелок нашли широкое применение для кузнечных печей. Для крупных технологических печей предпочтительнее выбирать горелочные устройства с многосопловыми смесителями.
Камеры секционных печей малого объема, предназначенные для скоростного нагрева металла под прокатку, а также термической обработки, работают с высокими тепловыми напряжениями (около 106 ккал/(м^ч)). Для организации наиболее полного и эффективного сгорания топлива при таких условиях рационально применять короткопламенные, а также инжекционные горелочные устройства с предварительным перемешиванием. При работе на подогретом воздухе рационально применить горелки двухпроводные короткофакельные или с частичным предварительным смешением, что обеспечит уменьшение вероятности проскока пламени [6, 7].
В промышленности и в коммунальном хозяйстве широкое применение нашли вертикально и горизонтально водотрубные котлы малой мощности. Газогорелочных устройства для таких котельных агрегатов подразделяются на несколько основных типов: подовые, с принудительной подачей воздуха, комбинированные или инжекционные среднего давления [1, 2, 4].
При установке в котлах, печах и аппаратах ин-жекционных горелок среднего давления газа, обычно выбирают горелки с пластинчатым стабилизатором горения. Благодаря насадке со стабилизатором обеспечивается устойчивый режим работы горелок без отрыва факела от горелки.
При переводе жаротрубных котлов на газовое топливо могут быть использованы газовые горелки низкого давления с принудительной подачей воздуха или инжекционные горелки среднего давления с пластинчатыми стабилизаторами горения или огнеупорными туннелями.
Для некоторых котлов большой мощности необходимо предусмотреть возможность сжигания нескольких видов топлива. В таком случае следует применить газогорелочное устройство комбинированного типа. В отличие от раздельных горелок, комбинированные могут работать на двух или трех видах топлива, иногда и более (газомазутные, газодизельные, пылегазовые). Существенным преимуществом является быстрый переход с одного вида топлива на другой либо их одновременное использование.
Газовые горелки с принудительной подачей воздуха целесообразней устанавливать в котельных агрегатах с противодавлением в топочной камере, так как они, в отличие от инжекционных, менее чувствительны к нему.
Согласно теоретическим и опытным данным, эффективным является комплексное рассмотрение работы горелочных устройств и топочной камеры. Неэффективная работа горелок в ряде случаев может быть значительно улучшена путем рационального и обоснованного их размещения на котлоагре-гате. Первые рекомендации по выбору различных компоновок горелок в основном основываются на данных наладочных испытаний и опыте эксплуатации и поэтому не могут быть признаны достаточными [2].
Таким образом, выбор компоновки и количества горелок зависит от конкретных условий: производительности агрегата и диапазона его регулирования,
Рис. 2. Алгоритм выбора газовых горелок для котлоагрегатов
конструкции топочной камеры, степени экранирования, вида резервного топлива и способа его сжигания (слоевой или камерный), степени автоматизации процесса горения, а также характеристик работы горелки (длина факела и его дальнобойность). Так, например, при встречном и шахматном расположении газогорелочных устройств существуют свои нюансы. При встречном важно, чтобы длина факела не перекрывала более половины пространства топки. При шахматном расположении горелок на боковых поверхностях печи необходимо, чтобы длина факела находилась в пределах 0,8 — 0,9 поперечного размера топочной камеры [2, 4, 5].
Используя метод причинно-следственных связей, на основе анализа литературных источников [1 — 8] разработан алгоритм выбора газогорелочных устройств при проектировании и реконструкции котельных установок (рис. 2).
В дальнейшем предполагается провести вариантные проверочные расчеты выбранных горелок как по экологическим критериям, так и по технико-экономическим с использованием апробированных методик [1, 2, 5 — 8].
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
1. При выборе газовой горелки необходимо предусмотреть наиболее эффективную величину химического недожога по длине факела при минимальном химическом недожоге.
2. Обеспечить наиболее благоприятную интенсивность химического недожога по длине факела.
3. Предложенная уточненная методика (алгоритм) выбора типоразмера горелки является универсальной и пригодна для подбора и расчета горе-
лок для различных котлов, работающих на разных видах газового топлива.
Библиографический список
1. Воликов, А. Н. Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощности / А. Н. Воликов. — Л. : Недра, 1989. — 160 с.
2. Эстеркин, Р. И. Перевод промышленных котлов на газообразное топливо / Р. И. Эстеркин. — Л. : Энергия, 1967. — 207 с.
3. Пугач, Л. И. Энергетика и экология / Л. И. Пугач. — Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2003. - 504 с.
4. Шур, И. А. Перевод отопительных котлов на газообразное топливо / И. А. Шур. — Л. : Недра, 1973. — 264 с.
5. Ведрученко, В. Р. Энергоэкологическая эффективность организационных и технических мероприятий при эксплуатации котельных / В. Р. Ведрученко, Н. В. Жданов // Промышленная энергетика. — 2008. — № 11. — С. 25 — 30.
6. Иванов, Ю. В. Основы расчета и проектирования газовых горелок / Ю. В. Иванов. — М.: Гостоптехиздат, 1963. — 359 с.
7. Иванов, Ю. В. Газогорелочные устройства / Ю. В. Иванов. — М. : Недра, 1972. — 276 с.
8. Равич, М. Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов / М. Б. Равич. — М. : АН СССР, 1961. — 90 с.
ВЕЛЬСКАЯ Татьяна Игоревна, аспирантка кафедры теплоэнергетики.
Адрес для переписки: belskayati@gmail.com
Статья поступила в редакцию 23.12.2015 г. © Т. И. Вельская

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх