СЖИГАНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ТОПКАХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

МЕХАНИЗМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ПЫЛЕВОЗДУШНЫХ СТРУЙ

Для характеристики развития процессов смешения и воспламенения следует определить потоки сгоревшего и несгоревшего топлива, а также неиспользованного воздуха в каждой точке факела. Полученные поля скоростей, температур, состава газов, концентрации пыли и содержания горючих позволяют определить эти потоки, а также свести материаль­ные балансы расходов воздуха и топлива в каждом поперечном сечении факела. Они позволяют также определить местные значения коэффи­циентов избытка воздуха, характеризующих перемешивание топлива с воздухом. При определении потоков, проходящих через каждое эле­ментарное сечение факела и далее, при расчете суммарных расходов через сечение рассматривается элемент топочного объема, ограниченный районом действия единичной горелки и определяемый в зависимости от конструкции горелки н компоновки ее с топкой.

В топочной камере парогенератора ТП-90 область действия одной прямоточной горелки в плане занимает 1/4 топки и ограничена фронто­вой и задней боковой стенками топки и. вертикальными плоскостями симметрии полутопки. Высота сечения принимается равной высоте яру­са, и баланс по каждому ярусу сводится отдельно. Предполагается, что по высоте горелки соответствующие поля идентичны полям в осевом сечен]]]! горелки. При определении локальных значений потоков рас­сматриваемые сечения разбиваются на большое количество элементар­ных участков в зависимости от величины градиентов до*, |я, Гс, С02,О2 и £ каждого участка. Внутри выделенных элементарных площадок принима­ются средние значения указанных величин. Задача считается плоской. Зазор между ярусами практически отсутствует, и струя в каждом ярусе в вертикальной плоскости может расширяться только в одну сторону. Количественно это расширение не имеет большого значения, так как ширина струи в 6 раз меньше ее высоты.

Проведенные в соответствии с формулами, изложенными в § 4-1, расчеты позволили определить количество газов в основном потоке II в зоне обратных токов и построить для каждого яруса горелок распре-

Гор —

Деление потоков сгоревшего ё и несгоревшего ёс. топлива, остаточ­ного кислорода g0л и локальных коэффициентов подачи (избытка) воздуха щ = в сечениях, находящихся от устья горелки на различ­ном расстоянии.

В качестве примера на рис. 5-5 приведено распределение локаль­ных избытков воздуха в сечениях факела верхнего яруса прямоточных длиннощелевых горелок при сжигании АШ.

Анализ полученных результатов [24] показывает, что на всем протя­жении горизонтального участка факела верхнего и нижнего ярусов го­релок движутся плохо перемешанные потоки несгоревшего топлива и воздуха. На расстоянии 300 мм по обе стороны от рассекателя наблю­даются два резко выраженных узких потока несгоревшего топлива, дви­жущиеся на расстоянии 400—450 мм от оси горелки. На расстоянии от оси горелки 600 мм движутся по обеим сторонам рассекателя воздуш­ные потоки, на внутренней границе которых происходит незначительное перемешивание с топливом. Вдоль границы смешения пылевых и воз­душных потоков движется незначительный поток частично сгоревшего топлива. В застойных областях (пристенная и область между горел-

Ками) наблюдаются значительные потоки остаточного кислорода, и избытки воздуха в этих областях значительно выше 1,0. В зоне основно­го пылевого потока коэффициенты -подачи воздуха равны величинам, определяемым долей первичного воздуха.

На расстоянии 1200 мм от устья область смешения вторичного воз­духа с аэросмесью и с топочными газами несколько расширяется и вследствие этого выравниваются коэффициенты подачи воздуха а*. Однако они остаются еще различными по сечению и малыми в зоне пылевого потока.

Далее на протяжении всего горизонтального участка факела про­исходит медленное перемешивание пылевых и воздушных струй, а так­же этих струй с топочными газами. Несколько более интенсивное пере­мешивание наблюдается в струях, развивающихся от внутренней щели.

На вертикальном участке факела, на расстоянии 6120 мм от оси верхнего яруса (отметка 1700), пылевоздушные струи уже полностью перемешаны, о чем свидетельствует практически одинаковый избыток воздуха по всему сечению [24].

Для тонок с вихревыми горелочными устройствами область дейст­вия одной горелки принимается от стенки топки до середины промежут­ка между горелками. Расчет производится в цилиндрической системе координат с началом в топке пересечения оси горелки с плоскостью горелочного фронта. Из этой точки как из центра проводятся полу­окружности, между которыми располагаются полукольца, составляющие поперечное сечение факела данной горелки. Значения параметров, вхо­дящих в расчет, брались из экспериментальных графиков (см. рис. 3-10) в центре каждого полукольца и распространялись на все полукольцо.

В случае неполной симметрии полей условно допускалось, что на вертикальном диаметре, проходящем через ось горелки, измеренные и расчетные характеристики скачком изменяют значение.

В качестве примера на рис. 5-6 приводится распределение локаль­ных относительных коэффициентов избытков воздуха в сечениях началь­ного участка факела при работе вихревых прямоточно-улиточных горе­лок парогенератора ТП-70.

Вблизи устья горелок (на расстоянии от 0,4 до 0,8Оа) наблюдается концентрированный поток несгоревшего топлива [24] с недостатком воз­духа в этой зоне. В приосевой зоне обнаружено в основном сгоревшее топливо.

На периферии факела, особенно в пристенной области, избытки воз­духа достигают больших значений. В отличие от топок с длиннощелевы­ми горелками в топках с вихревыми горелками перемешивание проис­ходит значительно интенсивнее.

На относительном расстоянии, равном 21)а, газы и остаточный ки­слород переносятся всем сечением факела и только несгоревший угле­род сохраняет значительные градиенты в поперечном направлении.

Дальнейшие исследования, проведенные в топках с вихревыми го­релками, в которых закручивается не только вторичный воздух, но и пылевоздушная смесь, показали, что в факелах двухулиточных и ули­точно-лопаточных горелок [16] перемешивание пыли с воздухом завер­шается в основном на относительном расстоянии, равном (2-н2,5)£>а.

Выполненные по формулам (4-20) и (4-21) расчеты позволили опре­делить соотношение выделившегося и воспринятого тепла в каждом се­чении факела при работе прямоточных и вихревых горелок. Для обоих типов горелок кривые имеют одинаковый характер.

Результаты расчетов [24] показывают, что в первых двух сечениях факела примерно на расстоянии 1000 мм от амбразуры имеет место значительный поток тепла навстречу пылевоздушному потоку. Послед­ний разогревается, получая тепло из зон с более высокой температурой. Наблюдается значительная разница в дальнейшем развитии процесса воспламенения при работе вихревых и прямоточных длиннощелевых горелок.

В факеле длиннощелевых горелок до встречи со струями встречно расположенной горелки теплоотдача сравнительно невелика (менее 1% располагаемого тепла) В месте встречи двух противоположно направ­ленных потоков, по-видимому, происходит значительное увеличение ско­рости горения, связанное с искривлением линий тока и с турбулизацией на границе двух потоков. Поэтому в конце горизонтального участка факела (/ф = 4 м) сгорает около 40% топлива (см. рис. 5-13,6) В факеле вихревых горелок на расстоянии 1,2£>а от амбразуры, т. е. сразу после рециркуляционной зоны, наблюдается значительный положительный не­баланс, который к сечению, равному 2£>а, возрастает до 10% распола­гаемого тепла. Характерно, что в сечении 2£>а тепло отдают все элемен­ты сечения.

Конвективный перенос тепла рециркулирующими газами на рас­стоянии 1000 мм от амбразуры в 5 раз превышает соответствующую величину в прямоточных длиннощелезых горелках. При таком благо­приятном тепловом балансе к сечению на расстоянии 2Оа от амбразуры завершается воспламенение и выгорает 58% топлива (см. рис. 5-13,а), что и обеспечивает устойчивую работу каждой индивидуальной вихре­вой горелки.