СЖИГАНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ТОПКАХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

ЛОКАЛЬНЫЕ ПОТОКИ СГОРЕВШЕГО И НЕСГОРЕВШЕГО ТОПЛИВА И КОЭФФИЦИЕНТ ПОДАЧИ ВОЗДУХА

В малонапряженных топках (<7„^0,14 МВт/м3) при устойчивом воспламенении пылевоздушной смеси, равномерной раздаче пыли и воздуха по горелкам, а также налаженном оптимальном режиме рабо­ты горелочных устройств тепловыделение в основном заканчивается в первой половине топочной камеры даже при горении пыли АШ, а вторая часть топки работает главным образом как камера охлаж­дения. Если горелочные устройства работают менее эффективно, то горение несколько растягивается, но вследствие значительного времени пребывания (примерно 3 с) частиц топлива в топке конечные величи­ны механического недожога в обоих случаях оказываются близкими. Таким образом, экономичность сжигания в малонапряженных топках еще не является единственным показателем эффективности работы го­релочных устройств.

Индивидуальные особенности работы горелок проявляются глав­ным образом в движении газов и развитии воспламенения и горения на начальном участке факела. Поэтому эффективность их работы можно выявить, исследуя начальный участок факела и сопоставляя матери­альные н тепловые балансы для контрольных сечений факела иссле­дуемой горелки или блока горелок. Эти балансы характеризуют разви­тие процесса смешения и механизм воспламенения прп движении пылевоздушных струй в топочном пространстве.

Опытные данные о скорости, температуре и составе газов, кон­центрации пыли и степени ее озолення, необходимые для такого расче­та, были получены при исследовании различных типов вихревых п прямоточных горелок. Эти данные, приведенные в настоящей работе (СхМ. § 3-5 и рис. 5-8), легли в основу расчетов по предлагаемой мето­дике.

В расчете исходят из того, что количество углерода, прошедшего через выходное сечение горелки, проходит через любое контрольное сечение, полностью преграждающее путь газам и пыли факела иссле­дуемой горелки. В процессе горения и газификации происходит пере­распределение углерода между твердой и газовой фазами. Некоторая доля углерода участвует в возвратном движении газа и пыли, но сум­марное количество, переносимое через любое контрольное сечение, должно оставаться неизменным. То же можно сказать о кислороде или другом элементе, участвующем в топочном процессе.

Для определения суммарного количества сгоревшего и несгорев­шего углерода и кислорода в сечении рассматривается элемент топоч­ного объема, ограниченный районом действия единичной горелки и определяемый в зависимости от конструкции горелки и компоновки ее в топке. Каждое сечение разбивается на несколько десятков площадок, условно названных элементарными. Величина каждой площадки ДР,- выбирается в соответствии с градиентами измеренных в опыте вели­чин: тем меньше, чем больше градиенты в данном сечении. При про­ведении расчетов изменение величин в пределах элементарной площадки принимается линейным.

Количество несгоревшего углерода, проходящее через 1-ю элемен­тарную площадку факела, можно записать:

Ёсг-Угкг/с, (4-1)

Где [I — концентрация пыли при СП , кг/м3; Гсг — содержание горючих в топливе в выделенной элементарной площадке, кг/кг.

Величина

Уг< = КУ^-Д/7,-, М3/с (4-2)

Представляет собой расход газов, проходящих через поверхность эле­ментарной площадки А/7[2] при СП. Здесь wXi — проекция вектора ско­рости газа на нормаль к 1-й элементарной площадке. Так как факел рассекается плоскостями, перпендикулярными оси горелки, то — осевая составляющая вектора скорости, м/с; — средняя температура газов в пределах элементарной площадки, °С. Расход входит в выра­жение для потока несгоревшего топлива. Это означает, что принято допущение о равенстве скоростей твердой и газовой фазы. Погрешность такого допущения тем меньше, чем тоньше пыль.

Количество сгоревшего и газифицированного углерода определя­ется по формуле:

Ёа ~ ^г/ ^соа Рсо, (С02)х ^со Рсо (СО). РСн4(СН^)/

+ ?с„нтРс„нт<£пНт)1, кг/с, (4-3)

Где (С02)ь (СО)ь (СН4) 1, (СпНт)г-—содержание газов в потоке, прохо­дящем через 1-ю элементарную площадку, м3/м3; (5 — коэффициент, ха­рактеризующий содержание углерода в соответствующей молекуле газа; Рсоа» Рсо Рсн4» рсггст — плотность соответствующих газов при СП, кг/м3.

Общий поток углерода равен сумме сгоревшего и несгоревшего

Ё* — £с7 + &с/’ кг/с* (4-4)

Количество остаточного кислорода определяется из выражения:

£01-=Уг, Р0,(О*)*-’ кг/с. (4-5)

Значения величин юхи ц<, Гс, (С02),-, (СО){, (02),-, (СН4);, (СпНт)! определяются по соответствующим полям, полученным при исследова­нии факела.

Основным условием правильной организации сжигания твердого топлива является обеспечение каждой частицы в зоне горения необхо­димым количеством воздуха для полного ее сгорания. Вместе с тем оптимальные условия воспламенения двухфазных систем и особенно низкореакциокной пыли обеспечиваются при неравномерном распреде­лении топлива и воздуха в начальных сечениях факела. Для обеспе­чения достаточно полного перемешивания топлива с воздухом к момен­ту завершения воспламенения выдвигаются определенные требования

К организации аэродинамики факела, а следовательно, конструкции горелок и компоновке их с топкой.

Соотношение топлива и воздуха характеризуется локальным ко­эффициентом избытка (подачи) воздуха:

*< = !Щг - <46>

Где V'0 — теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг кокса при СП, равное 8,89 м3/кг.

После подстановки значения qi в формулу (4-6) выражение для местного коэффициента подачи воздуха принимает вид:

______________________________________________________ 1_____________________________________________________________

V ° [?СО, Рс0.а(^2)/-Н*с0 Рсо (СО)/ + Рсн4 Рсн4 (СН4)/ + $СпНт РслНт +р-|Гс|] •

(4-7)