Конструктивные особенности газогорелочных устройств
Основные типы газогорелочных устройств, применяемые в отрасли
В методических указаниях [19] отмечается, что применяемые в топках энергетических котлов газовые горелки представляют собой дутьевые горелки с принудительной подачей воздуха без предварительного перемешивания горючего газа с воздухом. Со временем, в результате унификации технологических и экологических требований, с ростом единичной мощности котлов и сокращением их номенклатуры, происходит сокращение многообразия конструкций газовых горелок. Утрачена актуальность подовых газомазутных горелок, одноканальных газовых горелок, плоскофакельных горелок.
Наиболее характерные решения в современных конструкциях горелок энергетических котлов:
вихревые горелки на природном газе:
- - прямоточно-вихревые воздушные каналы;
- - струйная раздача газа в поток воздуха с помощью системы газоподводящих труб, проложенных в корпусе горелки вдоль воздушного канала;
- - в зависимости от мощности горелки используется периферийная, центральная, комбинированная центральная и периферийная, промежуточная между потоками воздуха раздача газа;
- - двухколлекторная система ввода газа в горелку;
прямоточные газовые горелки:
угловые плоско-щелевые горелки (впервые использованы в российской энергетике на котлах ПК-10 п-2 (1952 г.) в топках тангенциального типа).
Особенности формирования газового факела в энергетических котлах
Общие свойства всех используемых в энергетике горелочных устройств, рассчитанных на сжигание природного газа в диффузионном факеле, отражают специфические свойства данного топлива, физическую сущность процессов его горения:
- 1) струйный ввод газа в поток воздуха, обеспечивающий первый этап — формирование горючей смеси — макросмешение;
- 2) фактическая скорость горения совпадает со скоростью образования газовоздушной смеси;
- 3) отсутствие фазовых переходов в процессе сжигания топлива;
- 4) полная готовность топлива к химической реакции с молекулами кислорода воздуха без специальной подготовки при соблюдении одного из условий: либо наличия достаточно высокой температуры для самовоспламенения, либо наличия стороннего локального источника высокой температуры (искровой или плазменный запальник);
- 5) практически полное отсутствие физического недожога в топочном процессе;
- 6) несовершенное смесеобразование — единственный источник химического недожога;
- 7) формирование горючей топливо-воздушной смеси из всего поданного количества реагентов идет постепенно. Первоначально сложившийся готовый к воспламенению объем смеси — первичная смесь — распространяет горение на весь поток топливо-воздушной смеси. Для скорейшего формирования зоны первичного воспламенения следует ограничивать поступление реагентов в первичный участок факела;
- 8) смесеобразование в диффузионном факеле происходит одновременно с протеканием процессов горения, развивающихся при формировании горючей смеси;
- 9) для прямоточных и вихревых горелок основная часть длины факела приходится на зону догорания (около 2 % топлива).
Формирование газовоздушной горючей смеси в горелках диффузионного типа начинается непосредственно в полости горелки, где струи газа внедряются в поток воздуха. На выходе из горелки складывается определенный объем горючей смеси, который служит очагом начального воспламенения. Формирование основной массы горючей смеси завершится в топке в результате крупномасштабного турбулентного массообменного процесса.
В газовой горелке реализуются различные способы струйной раздачи газа в поток воздуха — периферийный, центральный. Технологические приемы здесь достаточно отработаны, сложилась методика расчета струйного смешения, отраженная в отраслевых методических материалах.
Изменение со временем требований к условиям сжигания природного газа — ужесточение экологических требований (ограничение выбросов оксидов азота, бенз (а)пирена: шумовые характеристики), устойчивость факела, надежность конструкции, специфические условия сжигания — все это определяет неизбежность дальнейшего совершенствования конструкции газовых горелок для энергетических котлов, а также для котлов-утилизаторов ГТУ.
Излагаемый ниже материал имеет целью подчеркнуть физическую обоснованность тех или иных конструктивных решений, механизмы их воздействия на процессы формирования факела, что позволяет обоснованно осуществлять выбор и эксплуатацию горелочного устройства для конкретных условий.
