Необходимая интенсивность горения и полнота выгорания пылевидного топлива в топочном объеме достигаются правильной организацией подачи и последующим смешением топлива (аэропыли) с вторичным воздухом, что обеспечивается горелочными устройствами, называемыми в дальнейшем горелками. В них не происходит воспламенения топлива. На данном этапе задача состоит в том, чтобы подготовить два самостоятельных потока – пылевоздушную смесь и вторичный воздух – к воспламенению топлива и активному горению в топке. Для этого нужно создать подсос топочных газов в свежую струю аэропыли для ее прогрева и своевременное смешение воспламенившегося топлива с остальной частью вторичного воздуха. С этой целью потоки горячего воздуха и аэропыли вводят в топочный объем с различными скоростями и с разной степенью крутки [12].
Выделяют два основных типа горелок: вихревые и прямоточные. Через вихревые пылевоздушная смесь и вторичный воздух подаются в виде закрученных струй, образующих в топочном объеме конусообразно расходящийся факел. Такие горелки выполняются круглыми в сечении. Прямоточные подают в топку чаще всего параллельные струи аэропыли и вторичного воздуха. Перемешивание струй определяется главным образом взаимным расположением горелок на стенах топки и созданием необходимой аэродинамики струй в её объеме. Эти горелки могут быть круглого или прямоугольного сечения (рис. 7).
а б в
Рис. 7. Схемы расположения вихревых пылеугольных горелок на стенах топочной камеры: а – фронтальное; б – двухфронтальное (встречное); в – встречное с боковых стен топки
Вихревые горелки бывают следующих видов:
· двухулиточные с закручиванием аэропыли и вторичного воздуха в улиточном аппарате;
· прямоточно-улиточные, в которых аэропыль подается по прямоточному каналу и раздается в стороны рассекателем, а вторичный воздух закручивается в улиточном аппарате;
· улиточно-лопаточные с улиточным закручиванием потока аэропыли и аксиальным лопаточным закручивателем вторичного воздуха;
· лопаточные, в которых закручивание потоков вторичного воздуха и аэропыли обеспечивается аксиальным и тангенциальным лопаточными аппаратами.
а б в
Рис. 8. Схемы расположения прямоточных пылеугольных горелок на стенах
топочной камеры: а – встречно-смещенное; б – угловое с блочным соударением
струй (блочное расположение); в – угловое с тангенциальным направлением струй (тангенциальное расположение)
Вихревые горелки универсальны и применимы для любого твердого топлива, но наибольшее распространение они получили при сжигании топлива с малым выходом летучих веществ.
Прямоточные горелки. Ввиду сниженной турбулизации потока прямоточные горелки создают дальнобойные струи с малым углом расширения и с вялым перемешиванием первичного и вторичного потоков. Поэтому успешное сжигание топлива достигается взаимодействием струй разных горелок в объёме топочной камеры. Они могут быть установлены неподвижно или выполнены как поворотные, что облегчает наладку топочного режима. Горелки прямоугольного типа, особенно вытянутые по высоте, характеризуются высокой эжекцией окружающей газовой среды с боковых сторон струи. Поэтому такие горелки при внешней подаче аэропыли имеют преимущества перед горелками с внутренней подачей пыли по условиям воспламенения. Прямоточные горелки имеют, как правило, относительно небольшую производительность; поэтому в мощных паровых котлах их набирают в блоки (рис. 8). Прямоточные горелки применяют в основном для сжигания высокореакционного топлива: бурых углей, торфа, сланцев и каменных углей с высоким выходом летучих веществ.
Комбинированные горелки. Во многих случаях на электростанции возникает необходимость попеременного или одновременного сжигания разных видов топлива, для чего горелки выполняют комбинированными с обеспечением экономичного сжигания каждого из видов топлива. Такие горелки отличаются повышенным диаметром центрального канала, в котором размещена основная мазутная форсунка с регистром для закручивания осевого потока воздуха. Через раздающие трубки природный газ поступает тонкими струями между завихренными осевым и вторичным потоками воздуха, что обеспечивает его хорошее перемешивание и последующее сгорание.