Энергия древесины

РАСЧЕТ ЦИКЛОННОГО ТОПОЧНОГО УСТРОЙСТВА

Методика расчета топочного устройства циклонного типа аналогична методике расчета слоевой топки, приведенной в п. 4.4. Циклонные топочные устройства в соответствии с их принципиальными особенностями позволяют реализовать весьма высокие теплонапряжения топочного объема, а следовательно, уменьшить материалоемкость топочных устройств и сократить потери в окружающую среду. В связи с этим изучение процесса, протекающего в циклонной камере горения при сжигании дре­весной биомассы, и установление закономерностей всех отдель­ных составляющих его явлений представляет большую и прак­тически очень важную задачу. Решение ее, однако, наталкива­ется на ряд трудностей, обусловленных тем, что процесс горе­
ния твердого топлива в циклонной камере состоит из сложного комплекса явлений: движения двухфазной системы, тепло - и массообмена, горения в объеме камеры и на поверхности ее сте­нок. При этом каждое из явлений находится в сложной зави­симости от других, обусловлено ими и, в свою очередь, оказы­вает на них большее или меньшее влияние. Полное решение за­дачи о горении в циклоне может быть достигнуто лишь при совместном, комплексном рассмотрении всех явлений и уравне­ний их описывающих и учитывающих все влияющие на процесс в целом факторы. Даже простое перечисление уравнений про­цесса (движения дисперсных твердых частиц, движения несу­щей газовой среды, теплообмена частицы со средой и среды со стенками камеры, горения частицы в период движения в объ­еме и после сепарации на стенку) без раскрытия содержания описываемых ими явлений свидетельствует о необычной слож­ности и громоздкости задачи.

Как известно, даже для обычных циклонных пылеуловите­лей, в которых весь процесс сводится к определению криволи­нейного движения изотермического двухфазного потока с дис­персными частицами постоянной массы, задача о таком движе­нии при больших значениях критерия Рейнольдса не может быть полностью решена. Поэтому вполне понятны трудности, возникающие при полном описании системой уравнений циклон­ного процесса сжигания твердого топлива, где криволинейное движение двухфазного потока является лишь незначительной частью большого комплекса взаимосвязанных явлений.

Таким образом, практический ориентировочный расчет цик­лонных топочных устройств должен базироваться на результа­тах конкретных исследований, проведенных по каждому виду сжигаемого топлива. В качестве определяющего размера цик­лонной камеры принимается диаметр ее внутренней цилиндри­ческой поверхности Dц. Этот диаметр находится из следующих заданных при конструировании показателей циклонного топоч­ного устройства:

Номинальной производительности циклонной топки по расхо­дуемому топливу Вц, кг/ч;

Теплоты сгорания топлива (низшей) на рабочую массу топ­лива 0„р, кДж/кг;

Теплонапряжения поперечного сечения циклонной камеры Rf, кВт/м2.

Теплонапряженне сечения топочного объема Rf принимают в пределах 10 000... 15 000 кВт/м2.

Внутреннее сечение циклонной камеры Fц можно подсчитать по формуле

Fn = BnQl!3mRP, (6.1)

Где Fn — внутреннее сечение камеры циклона, м2.

Определяющий размер циклонного топочного устройства А, определяем по уравнению

DU=V Туо/785. (6.2)

Основные размеры и конфигурации камеры циклонного то­почного устройства показаны на рис. 17.

Длина циклонной камеры в метрах определяется соотно­шением

£ц = (1. . .2)Г>Ц. (6.3)

При увеличении длины циклонной камеры возрастают по­тери на трение между несущей газовой средой и стенками камеры. Вследствие этого тангенциальная скорость вра­щающихся газов уменьшается по дли­не камеры по направлению к ее выход­ному концу. Следует иметь в виду, что рациональная конструкция циклонной камеры должна удовлетворять двум требованиям: иметь минимальное гид­равлическое сопротивление и обеспе­чивать максимальное значение танген­циальной скорости вихревого движе­ния газов на выходной стороне цик­лонного устройства.

Соотношение (6.3) подобрано та­ким образом, чтобы в условиях прак­тики рациональность конструкции ци­клонного устройства была ориентиро­вочно обеспечена, если это соотноше­ние размеров камеры выдержано.

На аэродинамику циклонного потока не оказывает замет­ного влияния форма выходного конца циклонной камеры. В частности, применение плоского и встроенного конусного пе­режима (в виде конуса, сужающегося внутрь камеры, как это показано на рис. 17) дает практически одинаковые коэффици­енты сопротивления циклонной камеры. Диаметр выходного от­верстия циклонной камеры Dc существенно влияет на всю газо­динамику устройства. Уменьшение параметра Dc/-Du (см. рис. 17) приводит к росту тангенциальной скорости газового по­тока и к увеличению статического давления во всех сечениях циклонной камеры. Обычно для расчета диаметра Dc приме­няют формулу

Dc = (0,35 , . .0,5)£>ц. (6.4)

Воздух в камеру циклонной топки подводится тангенциально внутренней цилиндрической поверхности камеры на длине I.

Эта длина зависит от основного параметра топочного устрой­ства и определяется по соотношению

/ = 0,75D4. (6.5)

Высота сопел h принимается такой, чтобы скорость воздуха в них была в пределах 130... 150 м/с. Расчетный коэффициент избытка воздуха в циклонных топках принимают равным а= = 1,05... 1,10.