СЖИГАНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ТОПКАХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

МЕТОДИКА И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ, ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА

Для изучения топочного процесса наряду с балансовыми измере­ниями по топке, которые проводились по общепринятой методике [22, 34], выполнялось исследование распределения полей скоростей, темпе­ратур, концентрации и состава газов в различных сечениях топки, а также изменения концентрации пыли, содержания горючих в ней и фракционного состава.

Плоскости располагались в каждом ярусе на уровне горизонталь­ных осей горелак, над ошипованным <поясом |(в районе пережима и на выходе из него для полуоткрытых топочных камер), на середине пути факела и на выходе из топки. Измерения проводились через лючки указанных на схемах парогенераторов.

Для отбора проб пыли и газа из факела разработаны охлаждае­мые щелевые пылегазоотборные трубки длиной 4,0—5,0 м (рис. 2-1). Конструкция трубок предусматривает предварительный подогрев воды топочными газами в водоподводящем канале трубки, что предотвраща­ет конденсацию водяных паров в пылеотборном канале. Отбираемая из факела пыль гасится в охлаждаемом внутреннем канале пылеот­борной трубки и осаждается в циклончике. Расход газов в отсосной системе определялся измерительной шайбой.

Следует отметить, что большие методические трудности вызывает отбор пыли с определением ее концентрации в потоке газов с темпера­турой до 1700 °С при изменении скорости потока от 2 до 30—40 м/с.

Для получения представительных проб пыли предварительно сни­мались поля скоростей и определялась величина скорости н направ­
ление потока в месте отбора. В тех точках, где скорости потока пре­вышали 10 м/с, в щели пылеотборной трубки поддерживалась скорость газов, равная скорости потока. Отбор пробы производился при равен-, стве расходов обеспыленного в цпклончике газа и газа в потоке в точ­ке замера. В точках, где скорости потока меньше 10 м/с, скорость газов в щели пылеотборной трубки поддерживалась равной примерно 10 м/с,

Чтобы избежать осаждения пы­ли до циклончика.

Концентрация пыли щопре­делялась как отношение массы осажденной пыли Вг - к объему газов, прошедших за время от­бора т. Истинная концентра­ция пыли цист в потоке опреде­лялась путем введения по­правки а, зависящей от отно­шения скорости отбора ау0тб к скорости потока тХ{ и от то­нины пыли:

•Ц"гг = */--мвВД„вх ’ г/м3’ (2_1)

Где ^отб — сечение пылеотбор­ной трубки, м2; ^отб — скорость, отбора, м/с.

Поправочные коэффициен­ты, значения которых пред­ставлены на рис. 2-2, опреде­лялись расчетным и опытным путем. При равенстве скоро­стей отбора пыли и потока га­за в точке замера а=1,0.

Температура газов на на­чальном участке факела изме­рялась охлаждаемыми отсасы­вающими пирометрами и жез­ловыми термопарами, а в се - Рис. 2-1. Пылегазоотборная трубка чениях топочной камеры, где

Наблюдаются практически вы­равненные поля, — оптическим пирометром. Скорость отсоса газов составляла около 100 м/с. Производилось сравнение показаний жезло­вой термопары с показаниями отсосного пирометра п вводилась соот­ветствующая поправка. Значения температур, измеренные различными методами, сильно разнятся на участке от амбразуры горелки до сече* ния, в котором достигается максимальная температура факела. Непо­средственно у устья факела жезловая термопара показывает более низкую температуру, чем отсасывающий пирометр, так как она экра­нирована пылью, имеющей более низкую температуру, чем газы. Далее по ходу факела жезловая термопара начинает показывать более высо­кую температуру, чем отсасывающий пирометр, за счет нагрева излу­чением от прилежащих слоев пылевездушной смеси. При этом разность в показаниях жезловой и отсасывающей Термопар достигает на на­
чальных участках факела 200 °С, а между показаниями оптического и отсасывающего пирометров 400 °С. В сечениях, расположенных за ядром факела, за исключением пристенных областей, обнаружены ров­ные поля температур и установлено, что разность значений темпера-

'Рис. 2-2. Влияние ти от б на концентрацию отобранной пыли

2—. кривые, соответственно полученные ВТИ н Фаренба - хом для угольной пыли диамет­ром от 12^ до 57 мкм и ско­ростями 4—6 и 7—11 м/с; 3 — ^кривая НРГИОГАЗ, ^ч<60 мкм, а»отб-*4 м/с; 4 — данные Цим­мермана для тонкой пыли; точ - <ки на кривых 2 и 4 — расчет­ные данные М. А. Гольштика

Тур, полученных разными методами, практически не превышает погрешности измерений.

Для измерения скорости потока применялся охлаждаемый водой трехточечный цилиндрический зонд (рис. 2-3) длиной 4,0—5,0 м

(коэффициент зонда 0,965). Применение цилиндрического зонда позво лило определить в каждой точке начального участка факела величину п направление вектора скорости, а также найти его составляющие: аксиальную (расходную) скорость wx = w coscp и тангенциальную wy = = W sin ф.

Для возможности полного анализа развития процессов в топочной камере необходимо знать значение лучистого теплообмена между от­дельными участками факела и меж­ду объемом топки и ограждающими стенами, а также распределение теп­ловых потоков вдоль экранов. Для исследования локального теплообме­на применялся термозонд, принцип действия и конструкция которого приведены в [21].

Чтобы выяснить условия работы, отдельных горелок, наряду с общи­ми балансовыми замерами произво­дились измерения количества пыли и воздуха, 'поступающих на каждую горелку. Воздуховоды первичного и вторичного воздуха к каждой горел* ке были оборудованы расходомер­ными устройствами, с помощью ко­торых определялся расход первично­го и расход вторичного воздуха на горелку. Кроме того, пылепроводьг к горелкам были оборудованы пыле­отборными трубками, что позволяло определять распределение скоростей воздуха и концентрации пыли по се­чению пылепровода, а также коли­чество пыли, поступающее в топку через каждую горелку. Отбор проб пыли из иылепроводов производился: со скоростями, равными скоростям пылевоздушной смеси ъ месте отбо­ра. Эти данные показывают, что даже па вертикальном участке круглой трубы пыль распределяет­ся неравномерно по поперечному сечению. У стен пылепроводов концен­трация выше и концентрируются более крупные частицы (рис. 2-4).

Измерениями установлено, что в условиях промышленной эксплуа­тации имеет место большая неравномерность в распределении пыли и воздуха по отдельным горелкам. Для характеристики неравномерности работы горелок введен коэффициент

. qr макс — аг. мин «г

Где аг. макс, аг. мин, аг — максимальный, минимальный и средний избыток воздуха в горелках, определенный по индивидуальным замерам расхо­дов пыли и воздуха, поступающих в каждую горелку.

Неравномерность в распределении пыли и воздуха по горелкнм приводит к значительному повышению механического недожога, о чем подробно говорится в гл. 5. Кроме того, эта неравномерность приводит к затягиванию горения и снижению интенсивности работы топочного объема. Поэтому до 'начала испыта­ния производилось выравнивание подачи пыли и воздуха по горелкам, что достигалось различной степенью #2 открытия шиберов на воздухо- ипы - лепроводах к разным горелкам и соответствующей регулировкой чис­ла оборотов пылепитателей.

Для ориентировочного контроля над постоянством расхода пыли, поступающей в горелки при транс­портировании ее горячим воздухом, можно пользоваться термопарами, установленными в пылспроводах на расстоянии 12—14 м от смесителей, так как проведенные измерения показали наличие связи между относительной разностью температур горячего воздуха и пылевоздушной смеси и средней концентрацией пыли в пылепроводс (рис. 2-5).