СЖИГАНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ТОПКАХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ КОКСОВ НАТУРАЛЬНЫХ ТОПЛИВ

Изложенная методика расчета выгорания пылеугольного факела была применена для определения константы скорости горения К. Для этого обработаны многочисленные опытные данные, относящиеся к сжи­ганию твердых топлив в призматических топках с твердым и жидким шлакоудалением, заимствованные из отчетов ЦКТИ, ВТИ, ОРГРЭС и других организаций, а также данные полупромышленных и лабора­торных опытов. Обработке были подвергнуты данные свыше 100 серий промышленных испытаний, включающих около 2000 опытов, проведен­ных в топках парогенераторов различных конструкций и производитель­ности при фронтовом, встречном и угловом расположении горелок. Бы­ло рассмотрено сжигание антрацита, тощих, каменных и бурых углей, а также фрезерного торфа в широком диапазоне изменения режимных параметров. Обработаны также данные, полученные в течение послед­них лет при балансовых испытаниях и исследовании процесса горения в топочных камерах парогенераторов производительностью 89, 178, 264 и 695 кг/с, оборудованных не только открытыми призматическими топ­ками, но и топками с пережимом.

Методика определения констант заключается в следующем. По элементарному составу топлива и его теплотворной способности, а так­же по данным о величинах механического недожога и коэффициента избытка воздуха в соответствии с формулами (9-12), (9-13) и (9-16) определяются значения величин (3, а и Л(х). Средняя температура фа­кела определяется с помощью графика ка рис. 9-8. Положение макси-

Мума температур определяется по опытным изотермам или задается в соответствии с данными [40]. По фракционному составу топлива, обыч­но характеризующемуся остатками на ситах с размерами ячеек 200 и 90 мкм (/?2оо и -/?эо), определяется коэффициент полидисперсности п и начальный размер наиболее крупной частицы. Коэффициент полидис­персности п удобно находить, пользуясь двойными логарифмическими координатами 1п1п(1//?0г) и ]п бог (рис. 9-9). Коэффициент п оиреде-

Аоі,%

Ляется по тангенсу угла наклона а к оси 1п бог прямой, соединяющей опытные точки, соответствующие и #90- По пересечению данной пря­мой с линией #=0,1% находится начальный размер наиболее крупной частицы 601. Далее по найденным величинам 1{х)> а и п с помощью номограмм (рис. 9-5, 9-6 и 9-7) определяются величины Лт/(р6оО или Мид£>т/(рб2о1), а затем при известном времени пребывания частиц топли­ва в топке определяются значения константы скорости горения К-

При определении времени пребывания частиц топлива в топке при­нималось, что скорости топливных частиц и их температуры совпадают с соответствующими скоростями и температурами газового потока. Кро­ме того, считалось, что топочная камера равномерно и полностью запол­нена факелом.

На основании этих предположений время сгорания пыли опреде­ляется по формуле:

<9‘28>

Расчетный анализ показал, что допущение о совместном движении; частиц и потока и равенстве их температур можно принимать для мел­ких частиц (меньше 500 мкм). Более крупные частицы отстают от вос­ходящего потока газов в топке. Поэтому при обработке опытных данных для случаев сжигания пыли грубого помола (цoi>500 мкм) вводится

Поправка на отставание частиц от потока. В этом случае время полного выгорания фа­кела определяется из выражения

Х = хг—------------- , (9-29)

®т. г — w 01 ' '

Где тг — время пребывания газа, определенное по формуле (9-28); а>01 — скорость питания наиболее крупной частицы, определяемая по начальному размеру этой частицы по графику на рис. 9-10.

Результаты обработки всего имеющегося опытного материала, пред­ставленные в координатах 1дА^=/(104/7'ф), показали, что величины ки­нетических констант горения, соответствующие опытным данным, полученным на различных топочных камерах с разными горелочными устройствами, располагаются для данного топлива вокруг некоторых.

Кинетических констант скорости горения (значения которых получены усреднени­ем опытных точек по методу наименьших квадратов) приведены на рис. 9-12 в виде зависимости 1§К=((Ю4/Тф). Следует от­метить, что усредненные значения види­мых кинетических констант для антраци­та при сжигании его в топках с жидким шлакоудалением оказались близкими зна­чениям, полученным Л. Н. Хитриным [42] для индивидуальных частиц. При этом энергия активации £=140 МДж/(кмоль), а предэкспонентациональный множитель /Со=4,5 -104 м/с. Для кокса тощих и ка­менных углей значения Е составляют со­ответственно 125 и 117 МДж/(кмоль), а величины видимой константы горения несколько выше.

Полученные кинетические константы позволили оценить область протекания процесса горения в камерных топках при сжигании в них различных топлив. При этом оказалось, что горение антрацита и тощего угля в однокамерных топках при жидком шлакоудалении происходит в промежуточной области с преобладанием влияния кинетических фак­торов. При горении каменных углей грубого помола значительную роль играет диффузионное сопротивление.

Обработка опытных данных о горении бурого угля и торфа пока­зала, что константы для этих топлив почти на порядок выше, чем для ан­трацита и поэтому бурые угли при грубом помоле горят практически в диффузионной области. На рис. 9-13 проведено сопоставление расчетных значений коэффициента диффузи­онного обмена (адоОрасч, определен­ного обработкой промышленных опытов по горению бурого угля, со значениями этого коэффициента, найденными изданных о материаль­ном обмене частиц аД01 = Г^ид£>/бо1. При расчете аД01 коэффициент диф­фузии О относился к средней темпе­ратуре факела, а величина критерия Нуссельта 1Чид определялась для наиболее крупной частицы с учетом скорости ее витания. Из графика на рис. 9-13 следует, что расчетные значения ад01 совпадают по порядку величины с его действительными значениями. Отклонения от средних величин примерно те ч<е, что и для константы скорости горения.

Согласованность опытных значений кинетических (для ныли антра­цита, тощих, каменных и бурых углей) и диффузионных (для грубого помола бурых углей и торфа) констант и практическое их совпадение с данными, полученными из обработки опытов по горению ; материаль

Ному обмену частиц, свидетельствуют о том, что рассмотренная схема расчета достаточно правильно учитывает влияние на процесс горения реакционных свойств топлива, элементарного и фракционного состава пыли, избытка воздуха и температурного уровня процесса в топке.

Анализ сходимости опытных и расчетных данных о величине меха­нического. недожога показал, что при устойчивом воспламенении и на- лаженйом режиме работы топки расчетные и опытные значения механи­ческого недожога различаются в основном на ±15%, что соответствует точности определения механического недожога в камерных топках.

Анализ процесса горения по длине факела в открытых (см. рис. 5-13 и 5-17) и полуоткрытых топках (см. рис. 6-7), оборудованных прямо­точными и вихревыми горелками различных конструкций, дает хорошее совпадение расчетных данных с экспериментальными результатами.