СЖИГАНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ТОПКАХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ФАКЕЛА В ТОПОЧНЫХ КАМЕРАХ ОТКРЫТОГО ТИПА

Устойчивость воспламенения пылевидного топлива определяется в основном количеством топочных газов, рециркулирующих к устью факела. При данной конструкции горелок это количество определяется режимом их работы и степенью крутки струй в топочном пространстве. В связи с этим для выбора оптимальной компоновки горелок с топоч­ной камерой и выявления структуры потока было проведено изучение аэродинамических характеристик факела в топках парогенераторов ТП-100, оборудованных улиточно-лопаточными горелками мощностью 70 МВт при работе последних с цилиндрическими и коническими ам­бразурами (ра=25°) и насадками (ри=28н-35°).

Основные измерения проводились на горизонтальном участке факе­ла в топочной камере парогенератора ТП-100 на расстоянии 200, 800, 1900 и 3000 мм от устья горелок. При работе горелок с цилиндрически­ми насадками величина скоростного напора определялась и на отметке 13000, что соответствует расстоянию от устья горелок 7000 мм.

На рис. 3-1 показано распределение относительных аксиальных составляющих скорости в горизонтальной плоскости оси горелок на различном расстоянии от их устья. Кривые характеризуют движение газов в топочных камерах, оборудованных Бихревыми горелками раз­личных конструкций, при режиме, близком к номинальному.

На рисунках указаны величины скоростей пылевоздушной смеси г^1, вторичного воздуха тг и средней по количеству движения потока на выходе из горелки ш0.

Средняя эквивалентная по количеству движения составляющих компонентов скорость определялась по формуле:

Р

Х0ь = —р-------- , м/с, (3-1)

*•=1

Где р,-, — среднерасходная скорость, плотность в выходном сече­

Нии £-го канала горелки и выходное сечение каналов; р — число ка­налов.

Эквивалентная плотность на выходе из устья горелки подсчиты­валась по зависимости:

Ь=-^+ы‘ ■кг/м’- (3-2>

Где Дрец—радиус, соответствующий границе приосевой зоны рецирку­ляции; Яст — расстояния от оси горелки до внутренней границы при­стенной зоны и до стен топки, м; г* — текущий радиус, м.

Относительное суммарное максимальное количество газов в зонах ре* циркуляции (ОреиГ + ^рецТ)/^° ПРИ составляет для горелок с ко«

Ническими насадками около 0,38 (рис. 3-2,а), а для горелок с цилинд­рическими насадками примерно 0,30 (рис. 3-2,6). Здесь бо — расход воздуха через горелку, кг/с.

При конструировании горелок одним из наиболее существенных является вопрос о допустимом повышении уровня скоростей. С увели­чением начальной скорости струи ы>0 интенсивность ее затухания для

Горелок обоих типов уве - а) личивается. Следователь­

Но, условная дальнобой­ность факела уменьшает­ся (рис. 3-3).

Полное выравнивание полей скоростей и, следо­вательно, снижение на­чальной скорости струи примерно до среднерас­ходной в соответствую­щем сечении достигается при ы>0=28 м/с {тъ/ии ^1,6) на расстоянии (2-2,5)£>а от устья горе­лок с коническими амбра­зурами и примерно 3,0£а от устья горелок с ци­линдрическими насадка­ми и амбразурами. При меньших начальных ско­ростях в этих сечениях факел имеет еще неодно­родное пол-е скоростей.

При определении оп­тимальных режимов рабо­ты горелок и их габаритов - необходимо иметь в виду, что с изменением уровня скоростей изменяются раз­меры зон рециркуляции и количество рециркулиру­ющих в них газов. С уве­личением начальной ско­рости в устье горелок с ко­ническими насадками раз­меры приосевой зоны ре­циркуляции и относитель­ное количество газов, движущихся в этой зоне (рис. 3-2,а), умень­шается, а количество обратных токов в пристенной зоне рециркуляции вблизи устья горелки увеличивается. Поскольку количество газов, ко­
торое циркулирует в приосевой зоне, по величине больше, чем в при­стенной, то общее относительное количество рециркулирующих газов в соответствующих сечениях факела с увеличением ш0 в диапазоне изменения скоростей 0*2/101=1,17ч-1,83 несколько уменьшается. (Для горелок с цилиндрическими насадками подобная тенденция при изме­нении оу2/^1 от 1,15 до 1,5 не выявлена.) В связи с этим для каждого типа горелок должен существовать предел возможного повышения уровня скоростей, определяемый устойчивостью воспламенения, а так­же дополнительными затратами на собственные нужды. В то же время следует отметить, что во всем диапазоне изменения соотношения которое имело место в период проведения исследований, устойчивость - воспламенения не нарушалась.

Для определения взаимодействия струй встречных горелок были проведены исследования полей скоростей в горящем факеле и в изо­термических условиях при работе всех горелок и при отключении встречных. Полученные данные [44] показали, что при относительном расстоянии между стенами атД? а (на которых расположены горелки), равном приблизительно 5, отключение встречных горелок практически не влияет на структуру горящего факела. Незначительно изменяется его дальнобойность и размеры зон рециркуляции. В изотермических условиях взаимодействие встречных горелок проявляется в большей степени. Так, при изотермических продувках было обнаружено, что включение встречных горелок приводит к большему раскрытию факела и к соответствующему увеличению количества рециркулирующих газов в приосевой зоне.

Анализ аэродинамических исследований прямоточных горелок [1, 20, 41] показывает, что в топках с тангенциальным расположением последних наблюдается неоднородность в распределении пылевоздуш­ных струй по сечению. Струи, вытекающие из горелок, отклоняются от геометрической оси и направляются по периметру топки, приближаясь к экранным поверхностям. Фактический диаметр вращения потоков больше условного геометрического и изменяется по высоте топки. Рас­стояние, на которое ось факела отклоняется от геометрической оси горелки, зависит ст скорости на выходе из горелок (начального коли­чества движения в струе), их размеров и угла наклона. Чем больше отношение скоростей вторичного и первичного воздуха, тем дальше от устья отклоняются струи от геометрической оси горелки и тем больше заполнение топки активным потоком.

Исследования модели двухвихревой топки [1] показали, что интен­сивное вращение вихря сохраняется примерно до половины ее высоты. Радиус зоны вращательного движения основного потока увеличивается по высоте топочной камеры. При этом зона вращения приобретает чашеобразную форму. По всему периметру топки вдоль ее стен движет­ся восходящий поток. В направлении к плоскости расположения горе­лок имеет место опускное движение газов. В сечении, равном х/Ь = 12 (Ь — ширина горелки), центральная зона рециркуляции замыкается, и далее по всей топочной камере наблюдается восходящий поток, нерав­номерно распределяющийся по сечению.

При одинаковом режиме работы всех горелок характер движения потока в каждой из камер двухвихревой топки не отличается от харак­тера движения в одновихревой топке с тангенциальным расположением горелочных устройств [1].

Подобная конфигурация вихря характерна для работающей топки парогенератора БКЗ-210 с тангенциальной компоновкой прямоточных горелок [41]. Диаметр действительной окружности в горизонтальной плоскости оси горелок при Шо/^1^1,5 (рис. 3-4) в 3—4 раза больше условного геометрического. На уровне горелок в центре не обнаружено заметных нисходящих токов, а в сечении над горелками, равном х/Ьа~

— 10 (отметка 14 700), осевые составляющие скорости направлены вверх. При этом в горизонтальной плоскости оси горелок наблюдается. асимметрия факела.

Существующая асимметрия факела является недостатком танген­циальной топки квадратного сечения, усугубленным установкой горелок на боковых стенах. Переход к многогранной форме сечения топки [27, 39] устраняет этот недостаток, связанный с неэффективным использо­ванием объема зоны горения, образованием малопроточных зон и шла­кованием стен [25, 38].