Паровые котлы ТЭС

Излучательная способность факела

По интенсивности излучения в видимой области спектра различают светящийся, полусветящийся и не­светящийся факелы. Такое деление является в известной мере условным, так как радиация — это поток лучистой энергии не только в видимой части спектра. Излучение светящегося и полусветящегося факелов определяется наличием твердых частиц (коксовых, сажистых, золо­вых) в потоке продуктов сгорания. Излучение несветя­щегося факела определяется излучением трехатомных газов (С02, Н20), находящихся в топочной камере. Их излучение носит селективный характер и в основном па­дает на область тепловых (инфракрасных) длин волн. Газообразные вещества обладают значительно меньшей удельной интенсивностью излучения при одинаковой тем­пературе, чем твердые тела. Излучение объема топочной среды представляет собой сочетание в различных соот­ношениях излучений твердых частиц и газовой среды в зависимости от вида сжигаемого топлива.

Интенсивность излучения твердых частиц в факеле зависит от размеров частиц, индивидуальных свойств и от концентрации их в топочном объеме.

Коксовые частицы имеют размеры бк == 10-^-250 мкм. По удельной интенсивности излучения они приближают­ся к излучению абсолютно черного тела, но их концен­трация в факеле невелика (менее 0,1 кг/м3) и сосредо­точена в основном вблизи горелок, поэтому их степень излучения на топочные экраны составляет 25—30% сум­марного излучения топочной среды.

Золовые частицы имеют такие же размеры, как кок­совые, но при этом они заполняют весь топочный объем. Концентрация их в газовой среде зависит от зольности сжигаемого топлива. Общая степень их теплового излу­чения составляет 40—60% суммарного излучения в топ­ке. При высокой температуре газовой среды степень излучения меньше, по мере охлаждения газов она воз­растает.

Сажистые частицы образуются в большом количе­стве при сжигании мазута и природного газа. В ядре
факела они имеют высокую концентрацию и обладают высокой излучательной способностью [16].

Излучение трехатомных газов, заполняю­щих топочный объем, определяется их кон­центрацией и толщиной объема излучения. Коэффициент теплового излучения газовой среды выражается зависимостью, вытекаю­щей из закона Бугера:

Аг= 1 — (20.9)

Где kr — коэффициент ослабления лучей газо­вой средой; ри — суммарное парциальное дав­ление трехатомных газов, МПа; s—эффектив­ная толщина излучающего слоя, м, определяе­мая по [8].

Коэффициент теплового излучения газовой среды в топочных камерах аг=0,4-^0,5, а до­ля излучения от суммарного в топочной камере составляет примерно 20—30%. Для всех твердых топлив коэффициент излучения факела в топочной камере определяется из выражения

А<=1--е-к™р (20.10)

Где £тв — эффективный коэффициент ослабле­ния лучей топочной средой; р — давление га­зов в топочной камере, МПа.

При сжигании угольной пыли почти весь объем топочной камеры заполнен светящимся факелом (рис. 20.4). Горение топлива растя­нуто почти на всю высоту топки, а наличие постоянной концентрации раскаленных золо­вых частиц в объеме топки значительно вы­равнивает светимость факела по высоте. Ко­эффициент ослабления лучей топочной средой рассчитывается по формуле

KT5=krra+k злРзл+£кК, (20.11) где rn = rRO + rHfi — суммарная объемная до­ля трехатомных газов; /гзл — эффективный ко­эффициент ослабления лучей золовыми ча­стицами; рзл — безразмерная концентрация золы в дымовых газах; kK — эффективный ко­эффициент ослабления лучей коксовыми ча­стицами; к — коэффициент, учитывающий род сжигаемого топлива (низкореакционное или высокореакционное).

Факел твердых топлив относится к типу полусветящихся.

В газомазутных топочных камерах излучение факела сильно изменяется по высоте топки (рис. 20.4). Интенсивное" излучение сажистых частиц сосредоточено

Рис. 20.4. Изменение коэффицинта излуче­ния факела по высо­те топки.

1 — при сжигании уголь­ной пылн; 2— при сжига­нии мазута.

'''о ЇЦ 0} ~Qfi 0,8 1,0 в зоне, занятой ядром факела, далее излучение быстро снижается. Поэтому в практических расчетах при опре­делении коэффициента теплового излучения факела аф условно разбивают факел на две части — светящуюся и несветящуюся:

Йф =таСв+(1—т)ат, (20.12)

Где ас в — коэффициент теплового излучения светящейся части пламени, которая определяется по формуле (20.10), где вместо kTB подставляют £св; — то же для несве­тящейся газовой среды, определяется по формуле (20.9); т — коэффициент усреднения, определяемый долей объ­ема, занятого ядром факела.

Коэффициент усреднения при сжигании природного газа составляет от = 0,1, а для мазута т — 0,55. При сжигании твердого топлива, учитывая растянутость его горения по высоте топки и относительное выравнивание светимости факела, считают коэффициент т—.

Излучение светящейся части факела определяется в основном горящими сажистыми частицами и дополни­тельно высокотемпературными трехатомными газами. Эффективный коэффициент ослабления лучей в светя­щейся части факела

Ke B = kc+krru, (20.13)

Где kc — коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами.

Интенсивность излучения ядра факела при сжигании мазута в 2—3 раза выше, чем ядра факела твердого топлива, и даже с учетом коэффициента усреднения т = 0,55 тепловосприятие экранов мазутной топочной камеры выше, что отмечалось ранее (см. § 8.1). Это приводит к тому, что при переводе пылеугольных то­почных камер на сжигание мазута заметно снижается температура газов на выходе из топки. При сжигании природного газа тепловосприятие экранов определяется в основном излучением несветящихся трехатомных га­зов, обладающих меньшей интенсивностью, и при мень­шей загрязненности экранов топочной камеры их тепло­восприятие близко к тому же значению, что и при сжи­гании твердого топлива.

Коэффициент теплового излучения топоч­ной камеры ат как приведенный коэффици­ент поглощения определяется коэффициентом теплового излучения факела и тепловой эффективностью настенных экранов г|зэ:

F4 =--------- п-Ч--------- • (20.14)

Увеличение аф ведет к повышению тепло­вого излучения топки. Рост тепловой эффек­тивности экранов "фэ характеризует увеличе­ние их тепловосприятия и, следовательно, снижение эффективного излучения в объем топки, что в итоге снижает тепловое излуче­ние топки и величину падающего на экран теплового потока. При этом средний воспри­нятый экранной поверхностью тепловой по­ток, кВт/м2,

^ = (20.15)

Несколько возрастает за счет относительно большего изменения коэффициента |зэ. В фор­муле (20.15) 7ф — средняя эффективная тем­пература газовой среды в топочной камере, К.