EXPERIENCIA DE JSC SIBENERGOMASH (BKZ) EN EL DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE CALDERAS JSC Sibenergomash es una empresa rusa líder especializada en la producción de equipos eléctricos, incluidas calderas de vapor con una capacidad de vapor de 50 a 820 t/h y calderas de agua caliente con capacidad de calefacción. de 30 a 180 Gcal/h. Nuestra amplia experiencia en el diseño y fabricación de calderas nos permite crear calderas para quemar una amplia gama de combustibles sólidos, gas y fuel oil. La empresa cuenta con especialistas altamente calificados, equipos tecnológicos y de prueba únicos, medios modernos tecnología informática. Además de desarrollar proyectos para calderas nuevas, OJSC Sibenergomash se dedica a la reconstrucción y modernización de calderas fabricadas anteriormente con el fin de mejorar los indicadores técnicos, económicos y ambientales, y a transferir calderas para quemar combustibles nuevos (no de diseño). 2

LAS CARACTERÍSTICAS DEL COMBUSTIBLE EKIBASTUZ IMPLICAN REQUISITOS ESPECIALES PARA LOS QUEMADORES El depósito de Ekibastuz es uno de los mayores depósitos de carbón térmico, donde operan estaciones en Kazajstán, los Urales y Siberia occidental. Las principales características de este combustible: alto contenido en cenizas, baja humedad, alta abrasividad de las cenizas, ausencia de escoria cuando el exceso de aire en la zona de combustión es mayor que uno; aparición de escoria cuando el exceso de aire en la zona de combustión es menor que uno; Estas propiedades del combustible imponen ciertos requisitos al diseño de los dispositivos de combustión y tienen un impacto significativo en la organización de su combustión. 5

JSC SIBENERGOMASH (BKZ) TIENE UNA AMPLIA EXPERIENCIA EN EL DISEÑO DE CALDERAS QUE FUNCIONAN CON CARBÓN EKIBASTUZ OJSC Sibenergomash (BKZ) tiene una amplia experiencia en el diseño de unidades de calderas que funcionan con carbón Ekibastuz, por lo que actualmente hay en funcionamiento unas 60 centrales de vapor en las centrales térmicas de Kazajstán. y Rusia y calderas de calentamiento de agua, lo que confirma su funcionamiento fiable durante un largo período de tiempo. Durante el período inicial de desarrollo de la cuenca de carbón de Ekibastuz, la planta de calderas de Barnaul fabricaba unidades de calderas de los modelos BKZ, BKZ, BKZ de diversas modificaciones para centrales térmicas. La tarea principal en el diseño de las calderas en ese momento era garantizar un funcionamiento fiable y económico. Uno de los que mejor satisfacía las necesidades de los clientes en aquel momento era la unidad de caldera BKZ, cuyo diseño fue desarrollado por la planta de calderas de Barnaul en los años ochenta. Esta caldera fue fabricada y suministrada a diversas centrales térmicas. 6

CALDERA BKZ El diseño de dicha caldera se realiza según un circuito cerrado en forma de T. Caja de fuego tipo abierto, de forma prismática, su parte superior en una sección horizontal a lo largo de los ejes de los tubos de pantallas opuestas tiene unas dimensiones de 15420x3860 mm, y la parte inferior - 15420x8980 mm. La caldera está equipada sistemas individuales Preparación de polvo con inyección directa. La molienda y el secado del carbón se realizan en molinos de martillos. El secado se realiza con aire caliente. La cámara de combustión está equipada con quemadores de carbón pulverizado de doble flujo Vortex ubicados en las paredes laterales en un nivel (Fig. 1). Se mostraron calderas de este modelo. alta confiabilidad en funcionamiento, su eficiencia fue del 92,5%. Según las mediciones individuales realizadas durante las pruebas, la concentración de óxidos de nitrógeno (NOx) detrás de la caldera fue de mg/Nm3 (a = 1,4). 7 figura. 1 – Esquema de la unidad de combustión de la caldera BKZ

BKZ CALDERA A Los años ochenta del siglo pasado se caracterizaron por el inicio de la lucha por el medio ambiente. EN documentos reglamentarios Aparecieron requisitos para las emisiones máximas permitidas de óxidos de nitrógeno detrás de la caldera. Para reducir las emisiones de óxido de nitrógeno, en 2003 OJSC Sibenergomash fabricó una caldera de una nueva modificación BKZ A st para la CHPP-2 de Astana. 6. El diseño, la forma y las dimensiones de la cámara de combustión, así como el sistema de preparación de polvo, se mantuvieron similares al modelo BKZ. Teniendo en cuenta los desarrollos existentes de Sibenergomash OJSC, para organizar el proceso de combustión, la cámara de combustión está equipada con directa. quemadores de flujo de carbón pulverizado y boquillas de chorro inferiores (Fig. 2). Los quemadores de carbón pulverizado están ubicados tangencialmente en las paredes laterales del hogar en dos niveles y tienen una rotación de sus ejes, creando dos vórtices en el plano del hogar. Las boquillas de chorro de fondo (BBL) están ubicadas en un patrón contradesplazado en las pendientes del embudo frío. La caldera se puso en funcionamiento en 2007. Al utilizar quemadores de flujo directo y toberas de soplado inferiores sin realizar ningún trabajo de ajuste operativo, fue posible reducir las emisiones de NOx con carga nominal a mg/nm 3, garantizando al mismo tiempo un funcionamiento fiable y económico de la caldera. 8

BKZ CALDERA A Debido a que no se alcanzaron los indicadores declarados de emisiones de óxido de nitrógeno, Sibenergomash OJSC reconstruyó el dispositivo de combustión y el quemador. Se instaló un sistema adicional de toberas de chorro terciario. Las boquillas de chorro terciario están situadas encima de los quemadores principales en un patrón tangencial. El sentido de giro coincide con el sentido de giro de los quemadores principales (Fig. 2) 9 Fig. 2 – Esquema del grupo de combustión de la caldera BKZ A.

BKZ A CALDERA En 2011, una vez finalizada la instalación del sistema de toberas de chorro terciario, los especialistas de UralVTI, junto con los especialistas de OJSC Sibenergomash, llevaron a cabo una serie de pruebas operativas y de ajuste, cuyo objetivo era evaluar la eficiencia de la caldera. la reconstrucción (la influencia combinada del sistema de toberas inferior y terciario sobre el nivel de concentración de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión). Con base en los resultados del ajuste del régimen, se pueden sacar las siguientes conclusiones: La relación óptima de caudales de aire a las boquillas de chorro inferior y terciario es 3:1 con la carga nominal. Con un aumento en el caudal de aire para la explosión terciaria, la concentración de NOx disminuye, y cuanto mayor es la proporción de la explosión del fondo, mayor es el efecto de aumentar la proporción de la explosión terciaria, pero la influencia de la explosión terciaria es notablemente más débil. en comparación con la influencia de la explosión del fondo. El mantenimiento de los parámetros indicados en el mapa de régimen emitido después de los trabajos de ajuste del rendimiento garantiza un funcionamiento fiable de la caldera con los parámetros nominales de vapor en carga (420 t/h), la eficiencia de la caldera es del 91,0%, mientras que las emisiones de óxidos de nitrógeno NOx en los gases de combustión, reducido a α=1,4, no superar el valor garantizado de 550 mg/nm 3. 10

CALDERA BKZ Además del uso de quemadores de flujo directo, para reducir las emisiones de NOx, OJSC Sibenergomash resuelve el mismo problema utilizando quemadores de vórtice. Esta solución se implementó en la unidad de caldera BKZ st. 1 Pavlodar CHPP-3. El diseño de la caldera se realiza según el mismo esquema que en las calderas descritas anteriormente, el sistema de preparación de polvo es similar a los anteriores. El dispositivo de combustión y quemador modernizado está representado por quemadores de vórtice, un sistema de boquillas de soplado inferiores y boquillas de soplado terciario (Fig. 3). Los quemadores de carbón pulverizado de un solo flujo se instalan en las paredes laterales de la cámara de combustión en un nivel. Las boquillas de chorro inferiores están situadas en un patrón contradesplazado en las pendientes del embudo frío. Las toberas de chorro terciario se encuentran en las paredes laterales del horno, encima de los quemadores de carbón pulverizado. La caldera se puso en funcionamiento en enero de 2012. Según los resultados de las pruebas realizadas por los especialistas de JSC E4-SibCOTES junto con los especialistas de OJSC Sibenergomash, se lograron emisiones de óxidos de nitrógeno con α = 1,4 inferiores a 500 mg/nm 3, lo que garantiza un funcionamiento fiable de la caldera y todos los indicadores garantizados. . La opción de un dispositivo de combustión que utiliza quemadores de vórtice es comparable a la opción de instalar quemadores de la empresa alemana Steinmuller Engineering GmbH, pero es entre 5 y 10 veces más barata. 11

CALDERA BKZ Fig. 3 – Esquema del grupo de combustión de la caldera BKZ A.

CALDERA BKZ La continuación del trabajo para mejorar los dispositivos de combustión y quemadores es la reconstrucción (con la preservación del marco y el tambor existentes) de la caldera BKZ realizada por Sibenergomash OJSC. 6 Petropavlovka CHPP-2. La caldera tiene una estructura en forma de U, el hogar es de tipo abierto, de forma prismática y tiene unas dimensiones de 9536x6656 mm en planta a lo largo de los ejes de las tuberías. La caldera está equipada con sistemas individuales de preparación de polvo con tolva de polvo y suministro de polvo con agente secante usado. La molienda y el secado se realizan en molinos de tambor de bolas. El secado se realiza con aire caliente. Para organizar el proceso de combustión, el horno está equipado con quemadores de flujo directo, toberas de soplado inferiores y toberas de soplado terciario (Fig. 4).

CALDERA BKZ Fig. 4 – Diagrama de la unidad de combustión de la caldera BKZ.

CALDERA BKZ Los quemadores de carbón pulverizado están instalados en la parte frontal y paredes traseras Ah, cerca de las esquinas de la cámara de combustión de dos niveles. Los ejes de los dispositivos quemadores se dirigen tangencialmente a un círculo imaginario en el centro de la cámara de combustión. La dirección de giro es en el sentido de las agujas del reloj. Las toberas de aire del sistema de soplado inferior se encuentran desplazadas en sentido contrario en las pendientes del embudo de frío. Las boquillas de aire terciario se instalan encima de los quemadores principales en las paredes delantera y trasera, cerca de las esquinas de la cámara de combustión. Los ejes de las toberas de aire terciario se encuentran tangencialmente a un círculo imaginario en el centro del horno. La dirección de giro es en sentido contrario a las agujas del reloj. Tras la reconstrucción, la caldera se puso en funcionamiento en enero de 2012. Según los resultados de los trabajos operativos y de ajuste realizados por los especialistas de UralVTI y OJSC Sibenergomash, se confirmó la efectividad de la reconstrucción en términos de reducir significativamente las emisiones de NOx y garantizar la eficiencia de diseño de la caldera. Los resultados de las pruebas mostraron que en todo el rango de carga operativa, las emisiones de óxido de nitrógeno no superaron los 500 mg/nm3 (a α=1,4), mientras que la eficiencia fue del 90,9-91,5%.

BKZ BOILER, Además de aprovechar su propia experiencia en la mejora de los dispositivos de combustión, Sibenergomash OJSC, junto con la empresa alemana Steinmuller Engineering GmbH, ha desarrollado actualmente un proyecto para la caldera BKZ, 8-560 st. 7 para CHPP-2 de Astana Energy JSC. Esta caldera tiene planta de torre, hogar abierto, forma prismática y tiene en planta 11370x tubos a lo largo de los ejes. La caldera está equipada con sistemas individuales de preparación de polvo con inyección directa. La molienda y el secado se realizan en molinos de martillos. El carbón se seca con aire caliente. El proyecto prevé el suministro de polvo de carbón de cada molino a dos quemadores del mismo nivel, ubicados en paredes opuestas. La caldera está equipada con dispositivos de combustión de Steinmuller Engineering GmbH. Esta caldera es fundamentalmente nuevo esquema quemando carbón de Ekibastuz. El dispositivo de combustión y quemador está representado por quemadores de baja toxicidad, boquillas de aire laterales y boquillas de aire terciario (Fig. 5).

17 figura. 5 – Diagrama del dispositivo de combustión y quemador de la caldera BKZ,8-560 Los quemadores de baja toxicidad son quemadores de vórtice de flujo directo instalados en dos niveles en un patrón tangencial cerca del centro de cada pared. Esta disposición de quemadores de vórtice de flujo directo se diferencia de la disposición de quemadores de vórtice utilizada anteriormente (unidireccional o contraria). CALDERA BKZ,8-560

CONCLUSIÓN 18 Sibenergomash OJSC mejora constantemente sus productos, asegurando la combustión más económica de combustible con alto contenido de cenizas con una reducción de las emisiones de sustancias nocivas a la atmósfera debido a la modernización de los procesos de combustión, mientras se utiliza ampliamente. modelado matemático, que se basa en los resultados de las pruebas de calderas que ya están en funcionamiento. CONTACTOS Departamento Comercial División Equipos de Caldera Director Comercial Tel.: +7 (3852) parte europea Rusia Tel.: +7 (3852) Tel.: +7 (3852) Tel./fax: +7 (3852) Ural, Siberia, Lejano Oriente

Tel.: +7 (3852) Tel.: +7 (3852) Tel./fax: +7 (3852) En el extranjero cercano y lejano Tel.: +7 (3852) Tel.: +7 (3852) Tel./fax : +7 (3852) Departamento de Ventas de la División Máquinas de Dibujo Director de Ventas Tel.: +7 (3852) Parte europea de Rusia Tel.: +7 (3852) Fax: +7 (3852) Ural, Siberia, Lejano Oriente Tel. /fax : +7 (3852) Fax: +7 (3852) En el extranjero cercano y lejano Tel: +7 (3852) Fax: +7 (3852) Integridad del consumo de combustible, condiciones de funcionamiento. La cámara de combustión está determinada en gran medida por la ubicación de los quemadores. Las más comunes para las cámaras de combustión convencionales de una sola cámara son las disposiciones de quemadores frontales (Fig. 8.10, a), contrarias (Fig. 8.10, b) y angulares (Fig. 8.10, c).

La disposición frontal de los quemadores y su naturaleza aproximada de la aerodinámica de la cámara de combustión se muestran en la Fig. 8.11, a. Al salir de cada quemador, los chorros se desarrollan inicialmente de forma independiente y luego se fusionan formando un flujo común. Al avanzar hacia la pared trasera, el chorro es aspirado desde ambiente gases de combustión, su masa aumenta significativamente y la concentración del oxidante disminuye. Cuando el soplete golpea la pared trasera, puede producirse escoria. En este sentido, la disposición frontal de los quemadores es más apropiada para su uso en quemadores de vórtice con una llama ancha relativamente corta.

La contradisposición de los quemadores (Fig. 8.11, b y c) sugiere que los quemadores se pueden ubicar tanto en el lado opuesto como en el frente y paredes traseras Es posible una disposición de los quemadores contrafrontal y contradesplazada. Con una orientación contrafrontal de los quemadores (Fig. 8.11.6), se obtiene un impacto concentrado de los flujos entrantes en la cámara de combustión. Parte del flujo total se dirige a la mitad superior de la cámara de combustión, mientras que otra parte desciende al embudo frío. Cuando los impulsos son desiguales se produce una asimetría del flujo en el plano vertical y la antorcha efectiva se acerca a una de las paredes, lo que puede provocar su escoria.

Con una disposición de quemadores en sentido contrario según el esquema MPEI (Fig. 8.11, c), los flujos de combustión se penetran mutuamente. En este caso hay mejor relleno llama del volumen de combustión, proporciona un suministro forzado de calor a la raíz de la antorcha, mejora la quema de combustible en el modo de funcionamiento sin escoria de las pantallas. En el caso de utilizar una disposición de quemadores espalda con espalda, los quemadores ranurados son más apropiados.

Con una disposición angular de los quemadores, son posibles los siguientes patrones de instalación (Fig. 8.12): diagonal, bloque, tangencial. Esta ubicación de los quemadores plantea una serie de dificultades de diseño. También se observa escoriación de las paredes. Con la disposición tangencial de los quemadores, la interacción de los chorros forma un único flujo turbulento, dirigido hacia arriba y hacia abajo en la cámara de combustión. En el centro de la cámara de combustión se forma un área de presión ligeramente reducida, que estabiliza la posición de la antorcha. La presencia de torsión del flujo se mantiene hasta la salida del horno. Con una sección transversal alargada de la cámara de combustión en planta, puede producirse una distorsión de la aerodinámica del flujo, acompañada de escoriación de las paredes. Por lo tanto, con una disposición tangencial de los quemadores, es aconsejable que la sección horizontal de la cámara de combustión tenga una forma casi cuadrada.

La disposición frontal, de mostrador y angular de los quemadores a lo largo de la altura de la cámara de combustión se puede colocar en uno, dos o más niveles. La cantidad de quemadores colocados en la cámara de combustión se determina en función de los siguientes cálculos. Energía térmica cámara de combustión Q tt, MW, determinada por la expresión

donde B p es el consumo total estimado de combustible de la caldera, kg/s; Q р n - calor de combustión del combustible, MJ/kg.

La potencia térmica del quemador Q r, MW se determina de manera similar:

donde V g es el consumo de combustible por quemador, kg/s.

Número de quemadores

A medida que aumenta la producción de vapor de la caldera, también aumenta el número de quemadores. Así, para una caldera con una productividad de 20,8 kg/s (75 t/h) con una potencia térmica del horno de aproximadamente 60 MW, se utilizan dos o tres quemadores vortex en disposición frontal y de dos a cuatro quemadores en un mostrador. acuerdo; en caso de disposición en esquina se utilizan cuatro quemadores de flujo directo. Para una caldera con una productividad de 89 kg/s (320 t/h) con una potencia térmica del horno de 290 MW, se utilizan 6-8 quemadores de mostrador o 16 de esquina. Según la configuración de la antorcha, se distinguen los fogones con antorcha en forma de U (Fig. 8.13, a) y antorcha en forma de L (Fig. 8.13,6). Los más extendidos son los fogones con antorcha en forma de L. Según el método de eliminación de escoria, los hornos de carbón pulverizado se distinguen por la eliminación de escoria sólida (granular) y líquida.

Una de las ventajas de los quemadores combinados es la capacidad transición fácil de un tipo de combustible a otro. Además, la combustión de cada uno de ellos debe producirse en condiciones óptimas.

En dicho quemador, los canales de suministro de aire son comunes para ambos tipos de combustible, y la ubicación de cada tipo de dispositivo de quemador debe garantizar una mezcla rápida y completa del combustible con el aire. Para una mezcla eficaz con el combustible, el flujo de aire en el quemador se turbuliza fuertemente mediante un registro de aire (dispositivo de conducción de aire), lo que garantiza su intensa turbulencia.

Los registros aéreos son de tres tipos: coclear, escapular axial y escapular tangencial (Figura 2.13).

Figura 2.13 - Diagramas de registro de aire:

a - caracol; b - hoja tangencial; c - escapular axial.

Teniendo en cuenta grandes volúmenes de aire de diseño caracol El remolino resulta bastante voluminoso. Se utiliza en quemadores de potencia relativamente baja. El aparato de palas axiales es el más sencillo de implementar y tiene la menor resistencia hidráulica, pero se requiere un canal para pasar todo el flujo de aire. diámetro mayor. El registro de paleta tangencial tiene una resistencia ligeramente mayor, pero se distingue por la capacidad de regular el tamaño del área de flujo al cambiar de carga moviendo el disco de control a lo largo del eje del quemador (Figura 2.14).

En poderoso calderas de vapor Se instalan tres tipos principales de quemadores de petróleo y gas, que se diferencian en el método de introducción de gas en el flujo de aire y el método de regulación de su flujo con cargas variables.

El gas natural se descarga desde un colector anular central mediante dos filas de orificios de diferentes diámetros. El aire se suministra a través de un registro de palas tangencial. Su caudal está controlado por una compuerta de disco móvil. Por lo tanto, cuando la carga de la caldera disminuye, el flujo de aire reducido mantendrá la intensidad de torsión y buenas condiciones mezclando con combustible. El gasóleo se rocía en una boquilla mecánica instalada en el canal central del quemador.

La presión del gas delante del quemador es de 2,5 a 3,0 kPa. La velocidad del aire en la sección estrecha del quemador es de 40 m/s. El encendido del combustible (gasóleo o gas) se garantiza mediante dispositivos de encendido eléctricos.

Figura 2.14 - Quemador de gas y petróleo tipo TKZ coaxial con suministro central de gas:

1 - colector de gas anular; 2 - boquilla de combustible; 3 - aparato de cuchilla tangencial; 4 - compuerta de aire reguladora; 5 - brida que protege la punta del gas contra quemaduras; 6 - caja de aire; 7 - suministro de aire para enfriar la punta y la brida; 8 - tronera cónica; 9 - canal para encendedor.

El quemador de gas y petróleo TsKB (sucursal de Jarkov) -VTI-TKZ para una caldera unitaria de 300 MW que funciona bajo presurización (Figura 2.15) tiene un suministro de aire tangencial-axial a través de un aparato de palas con el flujo de aire principal dividido en dos canales. . Además, también hay aire terciario que fluye constantemente a través del canal central para enfriar la boquilla de fueloil. Cuando la carga disminuye, el flujo de aire a través del canal anular periférico se reduce mediante una compuerta de control. El fueloil se suministra mediante una boquilla mecánica de vapor tipo TKZ-4M con una capacidad de 4,6 t/h a una presión de fueloil de 4,5 MPa y una presión de vapor de 0,2 MPa. El gas natural se introduce en el flujo de aire principalmente desde la periferia a través de un gran número de tuberías de Æ 32 mm y en parte desde las aberturas del canal coaxial central.

La Figura 2.16 muestra un quemador de gasóleo de una caldera de paso único de una unidad de 800 MW con una capacidad de 5,2 t/h de fueloil.

Figura 2.15 - Quemador de gas y petróleo KhFTsKB-VTI-TKZ con suministro de gas central y periférico:

1, 1’ - cajas de aire centrales y periféricas; 2 - aparato de cuchilla tangencial; 3 - aparato de cuchilla axial; 4 - cañón de una boquilla mecánica de vapor; 5 - entrada del flujo de aire central; 6 - suministro de gas al canal coaxial; 7 - suministro periférico de gas; 8 - recorrido de los tubos de malla alrededor del quemador.

La distribución uniforme del aire entre los quemadores está garantizada por tallas grandes cajas de aire comunes a todos los quemadores en una pared del horno. Cada caja está dividida en toda su longitud en dos compartimentos para distribuir el aire a los canales internos y periféricos de los quemadores. Hay una caja separada para introducir los gases de combustión recirculados a través del quemador. Los flujos de aire se hacen girar mediante un aparato de paletas tangenciales y los gases se introducen en el horno en un flujo directo y se mezclan con aire periférico que diverge en ángulo.

El gas natural se introduce a través del canal coaxial central en un ángulo de 45° con respecto al eje del flujo. Para compensar la diferencia en la expansión térmica de la caja de aire con los quemadores integrados y las pantallas de la cámara de combustión, se instalan compensadores de lentes.

Al cambiar a combustión de gas, la boquilla de fueloil se apaga automáticamente y se retrae hacia el cañón central. La combustión simultánea de dos tipos de combustible conduce a un empeoramiento del quemado de uno de ellos (generalmente fueloil), lo que se asocia con diferentes condiciones Tiempo de mezclado y encendido.

Figura 2.16 - Quemador de gasóleo de la caldera de vapor TGMP-204 con capacidad de 5,2 t/h de fueloil o 5,54 mil m 3 de gas natural:

1, 1’ - canales de aire caliente centrales y periféricos; 2 - canal para el suministro de gases en recirculación; 3 - compensador de lente; 4,5 - palas giratorias tangenciales; 6 - canal central de suministro de gas natural; 7 - junta neumática que evita que los gases de combustión salgan del quemador; 8 - recorrido de los tubos de rejilla alrededor de la tronera del quemador; 9 - cañón para boquilla de fueloil; 10 - encendedor eléctrico de gas; 11 - líneas de impulso para controlar la presión del aire.

QUEMADORES

Los dispositivos quemadores (quemadores) están diseñados para formar una mezcla combustible (combustible con aire) en la cámara de combustión y, según el principio de funcionamiento, se dividen en vórtice y de flujo directo. En los quemadores Vortex se introducen en la cámara de combustión polvo de carbón y aire secundario en forma de corrientes turbulentas y se mezclan. En los quemadores de flujo directo, el flujo de polvo de carbón se suministra a la cámara de combustión a lo largo de su eje sin turbulencias, y el aire secundario se puede hacer turbulencias en el dispositivo de entrada de voluta o suministrarse sin turbulencias. Los quemadores están ubicados en las paredes de la cámara de combustión en una o varias filas a lo largo de la altura o en sus esquinas.

Fig.1. Esquemas de quemadores lineales de flujo directo con boquillas redondas TKZ (a) y tres ranuras verticales VTI (b)

En la figura 1 se muestra esquemáticamente un quemador de ranura (flujo directo) con boquillas redondas. 1(a), y en la Fig. 1( b). En el quemador mostrado en la Fig. 1( b), El aire secundario pasa por el espacio del medio y el aire primario pasa por el exterior. También se suministra aire secundario a la parte inferior de las ranuras laterales para evitar la precipitación de polvo de carbón y mezclar mejor el flujo. Cuando los quemadores están ubicados cerca de las esquinas de la cámara de combustión, las corrientes de aire que emanan de ellos crean un movimiento circular de gases en el centro de la cámara de combustión.

Con una disposición axial (axial) de quemadores (Fig.2, A) Los flujos de aire chocan en el centro de la cámara de combustión, como resultado, una parte del polvo de carbón en llamas se dirige hacia arriba y la otra gira hacia abajo, y luego, moviéndose nuevamente hacia arriba, pasa cerca de la entrada de la mezcla de carbón pulverizado que tiene aún no encendido en el horno.

Arroz. 2.

Con una disposición tangencial de los quemadores (Fig. 2, b), el aire se dirige tangencialmente a un círculo imaginario en el centro de la cámara de combustión, lo que provoca un movimiento de vórtice de las partículas de polvo de carbón en llamas. Los quemadores Vortex, que se utilizan ampliamente, tienen dos o una voluta.

El quemador de vórtice TKZ (Fig. 3, a) tiene dos volutas. En un caracol más pequeño 2 Se introduce una mezcla de polvo y aire en el aire secundario grande. Ambos vórtices fluyen por separado a través de canales anulares. 4 y 5 van a la cámara de combustión. Boquilla de aceite 3, utilizado para cargas de leña y calderas ligeras, instalado en la tubería central. sección longitudinal Un quemador de polvo y gas diseñado para quemar carbón y gas natural se muestra en la Fig. 3, b.

Fig.3. Esquemas de quemadores de vórtice de carbón pulverizado (a) y gas de polvo (b) de dos rollos.

1, 3 - boquilla de fueloil, 4,5 - canales anulares para polvo y aire, 6 - revestimiento, 7 - colector de gas natural, 8 - tubo para introducir gas natural, 9 - punta de encendedor eléctrico de gas, Zonas A, B el comienzo y el final de la ignición del combustible, B es la dirección de movimiento de los gases de combustión.

La ignición de la mezcla combustible en la cámara de combustión se produce debido a los gases de combustión, que tienen una temperatura muy alta. Para encender una caldera que funciona con combustible sólido se utiliza gas o fuel oil, y cuando el hogar se calienta bien se procede a quemar polvo de carbón.

El combustible gaseoso también se introduce en el horno mediante quemadores de vórtice o de flujo directo. Desde la composición y el poder calorífico. diferentes tipos los combustibles gaseosos son diferentes; para su combustión se utilizan una variedad de dispositivos quemadores.

4.9, c) encontrado amplia aplicación en muchos tipos de calderas de vapor, incluidas las de alta potencia. Sus ventajas radican en la uniformidad de los flujos de calor a lo largo de todas las paredes del horno y en la baja probabilidad de formación de escoria en las paredes, ya que a lo largo de ellas se mueven gases parcialmente enfriados. Al organizar la eliminación de escoria líquida, caen gotas de escoria líquida sobre las paredes del prehorno y se consigue un aumento en la proporción de recogida de escoria.

Al quemar carbón se utiliza el esquema con colisión en bloque de chorros de quemadores adyacentes (Fig. 4.9,b). De este modo se consigue una alta turbulización del núcleo de la llama. La desventaja de este esquema es la posibilidad de formación de escoria en las paredes delantera y trasera del horno cuando la antorcha se mueve desde el centro del horno (zonas relativas a hipertensión) en ambas direcciones hacia las paredes.

Los esquemas con una disposición tangencial se pueden implementar en una cámara de combustión cuya forma sea casi cuadrada, es decir, la relación entre las dimensiones de las paredes es 1 ≤ a/b ≤1,2. Esto garantiza una buena aerodinámica del volumen de combustión. EN cámaras de combustión con un ancho frontal más desarrollado, se pueden aplicar otros esquemas de colocación de quemadores.

4.3.Hornos de cámara con eliminación de escoria sólida.

Las cámaras de combustión que funcionan con eliminación de escoria sólida están diseñadas para ser abiertas, es decir, sin cambiar la sección transversal de la cámara de combustión en altura. Según la naturaleza del movimiento de la antorcha, se dividen en hornos con antorcha de flujo directo, antorcha de vórtice vertical y antorcha de vórtice horizontal (Fig. 4.10).

Arroz. 4.10. La naturaleza del movimiento de la antorcha.

Una característica distintiva de estos hogares es la presencia de un embudo frío en la parte inferior del hogar, formado por la unión de las pantallas delantera y trasera con una gran pendiente (50-60°) a una distancia de 1...1,2 m. Debido a esto, la temperatura de los gases en la parte inferior de la cámara de combustión disminuye y se caen.

Los núcleos del soplete, las partículas de escoria fundida, que ingresan a esta zona, se solidifican rápidamente y se vierten a lo largo de las pendientes pronunciadas del embudo hacia el dispositivo receptor de escoria (Fig. 4.11). La cantidad de ceniza recogida de esta manera a través de un embudo frío es pequeña y representa entre el 5 y el 10 % del contenido total de cenizas del combustible. Las partículas de escoria granulada se eliminan continuamente del baño mediante un tornillo, un raspador o un mecanismo giratorio. Baño de agua Al mismo tiempo actúa como un sello de agua contra la succión de aire frío desde abajo hacia la cámara de combustión.

Arroz. 4.11. Hogar con evacuación de escorias sólidas.

1 – embudo frío; 2 – baño de escoria con agua; 3 – canal hidráulico de extracción de cenizas; 4 quemadores; 5 – mamparas de pared; 6 – núcleo de antorcha; 7 – mecanismo de eliminación de escoria de tornillo; 8 – motor eléctrico.

La aerodinámica del volumen de combustión debe organizarse de tal manera que cerca de las rejillas de las paredes la temperatura de los gases no sea superior a la temperatura característica de las cenizas, por lo que las partículas de ceniza se vuelven pegajosas y crean un peligro de escoria de las paredes. . Por lo tanto, las tensiones térmicas promedio de la sección transversal de la cámara de combustión y el volumen de combustión durante la eliminación de escoria sólida son

Las investigaciones, por regla general, tienen valores bajos (q f = 3...4 MW/m2, q v =

100…140kW/m3). Esto conduce inevitablemente a un aumento del tamaño de las cámaras de combustión y de su consumo de metal.

Por lo tanto, la cámara de combustión de una caldera de paso único P-59 para una unidad de 300 MW cuando se quema lignito cerca de Moscú en una antorcha de paso único según el diagrama (Fig. 4.10, b) tiene dimensiones a Xb Xh t = 21,8 X 9,56 X 48m.

Los hornos de carbón pulverizado con eliminación de escoria en estado sólido se utilizan habitualmente para quemar combustibles con un rendimiento alto y moderado de sustancias volátiles (V g >25%)

Los esquemas más comunes para quemar combustibles en una antorcha ascendente de flujo directo (Fig. 4.10, a, b) utilizan quemadores de vórtice con una disposición de frente único y quemadores de flujo directo (disposición opuesta). Al crear potentes calderas de vapor para quemar lignito siberiano, resultó ser más preferible un esquema de combustión con un soplete de vórtice vertical y una disposición de quemadores de flujo directo en varios niveles de altura (Fig. 4.9, c). Este diseño reduce la probabilidad de que la antorcha sea arrojada contra las paredes del horno y la consiguiente formación de escoria de las pantallas, y la dispersión de los quemadores a lo largo de la altura del horno (hasta 12 m) conduce a una disminución en la liberación de energía en el sección transversal de cada nivel de quemadores. Al mismo tiempo, el nivel de temperatura en la zona del núcleo estirado de la antorcha disminuye y se reduce notablemente la formación de óxidos de nitrógeno nocivos. Las cámaras de combustión con soplete de vórtice horizontal, desarrolladas por el profesor V.V. Pomerantsev, funcionan con éxito al quemar turba molida y lignito (Fig. 4.10, d). En este caso, las fracciones finas de combustible se queman en la parte de flujo directo del soplete y las más gruesas se separan hacia abajo, donde son recogidas por una corriente de aire secundario y entran en el movimiento de vórtice hasta que se queman.

La combustión casi completa del combustible se logra con exceso de aire.

espíritu a la salida del horno αt = 1,15...1,20. Teniendo en cuenta la inevitable succión de aire frío al horno desde el exterior (Δαт = 0,05...0,1), el exceso de aire en los quemadores

αgor = αt - Δαt = 1,05…1,1.

4.4.Hornos de cámara con eliminación de escoria líquida.

Para garantizar la eliminación de la escoria líquida, es necesario que la temperatura de los gases en las paredes de la parte inferior del horno y en la zona del hogar sea superior a la temperatura de fluidez de la escoria, es decir, υ g >t n .zh, donde t n.zh t z 50...100 ºС – temperatura en estado normal del fluido. Es posible crear tales condiciones en la parte inferior del horno acercando el núcleo del soplete al fondo del horno y cubriendo las rejillas de las paredes en esta área con aislamiento térmico refractario de carborundo (revestimiento de los tubos de rejilla). Para sujetar firmemente el revestimiento, primero se sueldan púas a los tubos de criba desde el lado del volumen de combustión.

(diámetro 10...12 mm y longitud 12...15 mm) y luego se aplica una capa de aislamiento (Fig. 4.12). Diseño original ZiO propuso estas pantallas "aisladas". En lugar de tubos con clavos, se utilizaron tubos con aletas en espiral obtenidas mediante moleteado.

La parte inferior del hogar es horizontal o ligeramente inclinada hacia el centro del hogar. En este caso, se colocan de dos a tres capas de ladrillos refractarios unidos sobre los tubos del hogar. En el centro del hogar se dejan uno o dos orificios revestidos para el drenaje de escorias (grifo) de aproximadamente 500X800 mm. La escoria fundida rebosa por el borde del orificio del grifo y fluye en finos chorros hacia el baño de escoria, donde se endurece al entrar en contacto con el agua.

La proporción de recogida de escoria en estos hornos aumenta notablemente en comparación con

niyu con el método sólido: a shl = 0,2...0,4. La eliminación de la escoria endurecida del baño se realiza de forma continua mediante rascador, tornillo sin fin o transportadores giratorios.

Por diseño, las cámaras de combustión con eliminación de escoria líquida son de una sola cámara (abiertas y semiabiertas) y de dos y tres cámaras. Según la naturaleza del movimiento de la antorcha, pueden ser con antorcha de flujo directo, con chorros que se cruzan y con movimiento ciclónico.

Arroz. 4.12. Vista de la pantalla rayada.

1 – tubo de criba; 2 – púas antes de cubrirlas con una capa; 3 – revestimiento resistente al fuego.

lo mas simple solución constructiva Las cámaras de combustión con eliminación de escoria líquida son cámaras de combustión abiertas de una sola cámara con un soplete de flujo directo (Fig. 4.13a). Debido al revestimiento de las mamparas de la parte inferior del hogar y a la implementación de un hogar aislado, se crea una zona con temperatura elevada gases (zona de fusión de escoria). En este caso, se utilizan quemadores Vortex con una encimera y una ubicación más baja sobre el piso de la cámara de combustión. Sin embargo, los altos rendimientos

El calor en la zona de enfriamiento superior limita la capacidad de ajuste del horno: cuando la carga disminuye a 0,7...0,8 nominales, comienza la solidificación de la escoria, primero en las paredes y luego en el hogar. Además, una cámara de combustión abierta proporciona un bajo grado de recogida de escoria: a shl = 0,1...0,15.

Utilizando la sujeción de doble cara de la cámara de combustión, se aísla la cámara de combustión (Fig. 4.13b). Aquí se reduce notablemente la transferencia de calor a la zona superior. Gracias a esto, suficiente temperatura alta gases (1600–1800°C). La tensión térmica volumétrica de la cámara de combustión co-

pone q c.s. v = 500...800 kW/m3, la proporción de recogida de escoria aumenta notablemente:

un shl = 0,2…0,4. Se amplía el rango de funcionamiento de la caldera con una producción estable de escoria líquida.

En las cámaras de combustión con chorros que se cruzan (Fig. 4.14), la cámara de combustión se distingue por una constricción de un lado o de dos lados. Quemadores de flujo directo se instalan de tal manera que se crea un movimiento de vórtice de una antorcha con un eje horizontal en la cámara de combustión. La antorcha hace una revolución cerca de las paredes revestidas, luego los gases calientes pasan a través de los espacios entre los quemadores, atravesando corrientes de una mezcla fresca de polvo y aire, asegurando su rápido calentamiento y un encendido estable. El movimiento organizado a lo largo de las paredes y el hogar del horno crea las condiciones para una liberación estable de escoria líquida incluso con una reducción profunda de la carga (hasta un 40...50% de la carga nominal).

Arroz. 4.13. Esquemas de hogares con eliminación de escoria líquida y soplete de flujo directo a - cámara de combustión abierta b - hogar con pellizco.

Arroz. 4.14. Esquemas de hornos de vórtice con chorros que se cruzan a – horno MPEI b – horno TsKTI c – horno VTI gamma;

Arroz. 4.15. Hornos ciclónicos.

a – horno con ciclones horizontales b – prehornos de solera con salida de gas superior; 1 – cámara de combustión (ciclón); 2 – haz colector de escoria; 3 – cámara de enfriamiento; 4 – quemador; 5 – boquillas de aire secundario; 6 – orificio para el grifo de escoria; 7 – baño de escoria.

La tensión térmica volumétrica de la cámara de combustión es de 500…600 kW/m3. Más separación completa La combustión y el enfriamiento de gases se logran en hornos con prehornos ciclónicos (Fig. 4.15). Según el principio de funcionamiento, estos dispositivos de combustión se clasifican como hogares de dos cámaras. La esencia del método de combustión ciclónica es que el aire secundario (80...120 m/s) introducido tangencialmente en el prehorno a alta velocidad o chorros de aire de polvo dirigidos tangencialmente desde los quemadores hacen girar la antorcha hacia

pre-horno Toda su superficie interna está cubierta con mamparas de madera tachonada y revestida. masa ignífuga tubería Las partículas de combustible en el prehorno están expuestas a dos fuerzas: centrífuga, que las arroja hacia la pared interior del prehorno; aerodinámico, transportando partículas junto con gases desde el prehorno. La proporción de estas fuerzas depende del tamaño de las partículas, por lo que las partículas se distribuyen de manera desigual en la sección transversal del ciclón: las más grandes son arrojadas a las paredes del prehorno y allí quedan envueltas en el vórtice. movimiento hasta que se quemen por completo, y las pequeñas fracciones se quemen en la parte central del mismo. En los prehornos ciclónicos es posible quemar polvo más grueso y, en algunos casos (en ciclones horizontales), combustible triturado, reduciendo así los costos de energía para la preparación del polvo. El intenso movimiento de vórtice también garantiza una captura significativa de escoria en forma líquida (hasta 0,6...0,85). Se aplica un valor más alto a los prehornos ciclónicos horizontales.

Los prehornos de ciclón horizontales (Fig. 4.15a) se fabrican con un diámetro de 1,8...4 m. La longitud del ciclón es 1,2...1,3 veces mayor que su diámetro. La potencia térmica de un ciclón es de 150...400 MW. voltaje termico

La energía en el ciclón es muy alta (q v = 2...6 MW/m3) al nivel de temperatura del gas.

llamar 1800...1900°C y exceso de aire ash = 1,05...4,1. Sin embargo, debido a la necesidad de disponer de una cámara de refrigeración de gas desarrollada, la tensión térmica total de los hornos con ciclones horizontales no supera los 200...300 kW/m3, que no es mucho mayor que en los hornos convencionales de una sola cámara con escoria líquida. eliminación.

Las altas velocidades del aire secundario se garantizan mediante el uso de ventiladores especiales de alta presión con una presión de 10...20 kPa (1000...2000 mm de columna de agua), que es 2...3 veces mayor que la presión del aire normal. En términos de diseño, los hogares con prehornos ciclónicos son más complejos y más caros que los hogares convencionales de una sola cámara.

Debajo de la cámara de enfriamiento se encuentran hornos de solera vertical con salida de gas superior (Fig. 4.15, b), producidos por la planta de calderas de Barnaul (BKZ). Están hechos de forma octogonal a partir de secciones planas separadas y se incluyen en el conjunto. esquema de circulación Pantallas de la cámara de combustión, lo que reduce significativamente el costo del diseño en comparación con los ciclones horizontales. Por lo general, para una cámara de enfriamiento funcionan dos cámaras de pre-combustión. En las cuatro paredes del prehorno se instalan quemadores de ranura de flujo directo con dirección de flujo tangencial a velocidades normales del aire primario y secundario (ω1 = 25...35 m/s, ω2 = 40...50 m/s). s). Todo superficie interior la cámara de combustión está revestida con mamparas.

Las ventajas de los dispositivos de combustión con eliminación de escoria líquida frente a la eliminación de escoria sólida son las siguientes:

momentos. Al quemar el mismo tipo de combustible, las pérdidas debidas a una combustión insuficiente mecánica q 4 en el caso de eliminación de escoria líquida se reducen aproximadamente en un 30%. El estrés térmico total del volumen de combustión es en promedio un 20% mayor. Esto significa que, en la misma proporción que la eliminación de escoria líquida, es posible reducir las dimensiones de la cámara de combustión. Debido a la compactación de la parte inferior del hogar, se reduce la aspiración de aire hacia la cámara de combustión, lo que conduce a una ligera reducción de las pérdidas por gases de combustión. En hornos con alta recogida de escoria, los costes de las unidades de recogida de cenizas se reducen notablemente.

Al mismo tiempo, los hornos con eliminación de escoria líquida tienen una serie de desventajas. Por lo tanto, un aumento en la recolección de escoria conduce a un aumento en la pérdida de calor de las escorias de alta temperatura q 4 que en muchos casos excede la reducción de las pérdidas q 4 El rango de cargas operativas según las condiciones para la liberación de escoria líquida (para una sola -hornos de cámara) se reduce. Un aumento del nivel de temperatura en el núcleo de la llama provoca un aumento de la liberación de óxidos de nitrógeno nocivos. En este sentido, la elección de un dispositivo de combustión con eliminación de escorias sólidas o líquidas para un tipo particular de combustible requiere una evaluación y comparación de todos los aspectos positivos y negativos. Al mismo tiempo, no todos los combustibles pueden quemarse para garantizar la liberación líquida de escoria. si para arriba

El vertido con cenizas de punto de fusión relativamente bajo (t 3 = 1150...1300°C) no causa problemas

dificultades, entonces para valores de t 3 > 1350°C es necesario calcular el rendimiento de escoria líquida. Es económicamente beneficioso utilizar hornos con eliminación de escoria líquida cuando se queman combustibles de baja reacción (antracita, semiantracita, carbones magros), cuando se logra una ganancia notable al reducir la quema mecánica insuficiente, así como combustibles con un bajo punto de fusión de cenizas. , que en hornos con eliminación de escoria sólida provocan una grave escoriación de las cribas del horno.

4.5. Cámaras de combustión de calderas de gasóleo, sus diseños.

Las condiciones de combustión del gas natural y del fuel oil tienen mucho en común, lo que permite construir cámaras de combustión del mismo diseño para estos tipos de combustible. Como regla general, en tales dispositivos de combustión el combustible principal es el fueloil y el combustible de respaldo es el gas natural. La similitud de las características de combustión del gas y el fueloil se expresa en los siguientes indicadores.

1. Con la práctica ausencia de humedad externa en los combustibles, se forman volúmenes similares de productos de combustión cuando la caldera de vapor funciona tanto con fueloil como con gas, lo que permite operar las mismas máquinas de tiro con diferentes combustibles.

2. La combustión de fueloil y gas se produce en estado de vapor-gas (ambiente homogéneo) de acuerdo con las leyes de la cámara de combustión central. Intensidad del ardor en ambos casos.

está determinada por las condiciones de mezcla, y las tensiones térmicas máximas permitidas del volumen de combustión tienen valores similares (300 kW/m3 para fueloil y 350 kW/m3 para gas natural). Por tanto, con el mismo vapor.

Se puede tomar el rendimiento de la caldera para estos combustibles. mismos tamaños cámaras de combustión.

3. Prácticamente no hay cenizas al quemar estos combustibles (fuel oil

tiene A con< 0,3%) исключает вероятность шлакования настенных экранов и необходимость в шлакоудалении. Поэтому для обоих видов топлива под топки выполняют горизонтальным или слабонаклонным с выполнением только лазов для trabajo de reparacion(Figura 4.16).

Arroz. 4.16. Tipos de cámaras de combustión de calderas de vapor de gasóleo.

a – cámara de combustión abierta con quemadores de varios niveles de un solo frente; b – cámara de combustión con disposición de quemadores de pellizco y mostrador (doble frente);

– cámara de combustión abierta con disposición de quemadores de dos niveles en el mostrador; d - hogar con prehornos contraciclón; e - hogar con quemadores de flujo directo o tipo vórtice (líneas de puntos).

4. Las condiciones más sencillas para mezclar aire con combustible en estado gaseoso garantizan una combustión casi completa del combustible a altas temperaturas.

Altos esfuerzos térmicos con bajo exceso de aire αhot =1,02…1,05

a la misma temperatura de su calentamiento (t g.v. =250...300°C). Esto permite fabricar quemadores combinados de gasóleo con caudales de aire similares y casi la misma resistencia.

La intensa combustión de este tipo de combustible conduce a la formación de una zona central de llama relativamente pequeña cerca de los quemadores, que

El paraíso del fueloil se caracteriza por suficiente alto nivel Temperaturas e intensidad significativa del flujo de calor hacia las pantallas de pared. Esto crea el peligro de sobrecalentamiento del metal de la tubería y el desarrollo de corrosión a alta temperatura, y también conduce a la formación de una alta concentración de óxidos de nitrógeno en el núcleo del soplete.

Según el perfil, las cámaras de combustión de gasóleo pueden ser de tipo abierto, con constricción y con prehornos ciclónicos (Fig. 4.16). La mayoría de las calderas de vapor de gasóleo producidas están equipadas con hogares prismáticos tradicionales con una disposición de quemador de frente simple o doble (contra). Los quemadores con instalación de un solo frente se colocan en varios (tres o cuatro) niveles. Esta disposición es más económica y cómoda de mantener, pero no garantiza un llenado uniforme de la cámara de combustión con un soplete y es inaceptable para cámaras de combustión con tamaño pequeño de profundidad (menos de 6 m) debido a un aumento significativo de la temperatura del gas y al estrés térmico de la luneta trasera.

Cuando los quemadores se colocan en direcciones opuestas, se garantizan mejores condiciones de funcionamiento de las rejillas. En este caso, la antorcha se concentra en la región central de alta temperatura de la cámara de combustión. El movimiento contrario de las antorchas promueve la turbulización durante la quema de combustible en las secciones finales de la antorcha y, en igualdad de condiciones, conduce a un aumento de la tensión térmica en la zona del núcleo de la antorcha en un 20-30%. La presencia de un pellizco favorece la turbulización del flujo en la zona del núcleo del soplete y en la zona de postcombustión del combustible a la salida de la cámara de combustión.

Para reducir la intensidad de los flujos de calor en las superficies de la pantalla de la cámara de combustión en una serie piloto de calderas de vapor para unidades de 300 MW, se propuso trasladar la combustión principal del combustible a prehornos ciclónicos (Fig. 4.16d), ubicados en el lado opuesto. . Debido a la alta turbulencia del flujo de vórtice dentro del ciclón, se garantiza la combustión del 85-90% del combustible. Las pantallas de los ciclones están tachonadas y revestidas con aislamiento ignífugo de carborundo. Sin embargo, el aumento asociado en la temperatura de la llama y el flujo de calor a las pantallas no es deseable. Por tanto, este perfil de cámara de combustión no es óptimo para este tipo de combustible. Se sabe que una antorcha de gas tiene una emisividad menor, y cuando la caldera se cambia de fueloil a gas natural, la absorción de calor de la cámara de combustión disminuye y la temperatura de los productos de combustión a la salida del horno aumenta. . Esta diferencia de temperatura con carga nominal para cámaras de combustión de tipo abierto es de aproximadamente 100°C, lo que inevitablemente afecta el cambio en el trabajo térmico de las superficies de calentamiento posteriores y, sobre todo, del sobrecalentador. En cámaras de combustión abiertas con quemadores de un solo frente de varios niveles, para igualar la temperatura del gas detrás de la cámara de combustión, use