книги из ГПНТБ / Ахмедов, Р. Б. Газ в народном хозяйстве Узбекистана

На рис. 10(6) показана другая схема, предусматри­ вающая тепловую защиту определенной зоны топочных поверхностей нагрева и регулирование теплопоглогцения топки. В этом случае байпасируемый воздух по­ ступает через тангенциальные сопла, расположенные в углах топочной камеры выше уровня поверхностей наг­

розии.

Рассмотренный способ не требует каких-либо допол­ нительных капитальных и энергетических затрат. Спо­ соб успешно внедрен на котлоагрегатах типа ТП-35 Кокандской ТЭЦ. В настоящее время принят к внедре­

ностей нагрева путем изменения относительного место­ расположения максимума температуры пламени. Они применяются для регулирования температуры первично­

и др.).

Следует отметить, что эти методы недостаточно эф­ фективны. Они обеспечивают сравнительно узкий диа­ пазон регулирования температуры перегретого пара (10—15°). При включении дополнительных горелок неравномерна температура газов на выходе из топки.

Американские специалисты предложили метод ре­ гулирования топочных процессов при встречном рас­ положении горелок, сущность которого заключается в перераспределении нагрузки между этими горелками (или совокупностью горелок) и тем самым в измене­ нии положения факела в объеме топки. Способ приго­ ден также и для создания более благоприятных темпе­ ратурных условий поверхностей нагрева путем соот­ ветствующего удаления от них ядра факела.

152

В СредазНИИГазе разработаны новые распреде­ лительные способы регулирования тепловосприятия то­ почных поверхностей нагрева. По этому методу горелочные устройства устанавливаются в различных яру­ сах под углом друг к другу, что позволяет значительно' расширить диапазон регулирования заполнения топки факелом, следовательно, и тепловосприятия топочных поверхностей нагрева. Для реализации способа скон­ струирована блочная горелка (рис. 5). Горелки внедре­ ны на котлоагрегате типа НЗЛ-55 Кокандской ТЭЦ.

К а р б ю р а ц и о н н ы е ме т о ды. Огневые карбюрационные методы наиболее перспективны для фор­ сирования теплообмена в топках парогенераторов при сжигании газов.

Как известно, значительное различие в суммарном: теплообмене в топках парогенераторов при сжигании газа и мазута приводит к снижению экономичности. Часто ограничивается паропровзводительность из-за резкого ухудшения тепловых условий работы паропере­ гревателя при переходе с одного вида топлива на другой.

Интересные исследования в области повышения теплообменных характеристик системы факел — тепловоспринимающие поверхности нагрева при помощи самокарбюрации природного газа или впрыска в топочные газы веществ с высокой степенью черноты. Эти вещест­ ва могуг быть горючими или инертными. Последниевыполняют роль вторичных излучателей.

Непременное условие эффективности рассмотренных, способов — сохранение (или несущественное снижение) температуры в ядре факела по сравнению с режимами без их применения. Существенное снижение темпера­ туры в ядре факела в значительной степени будет ком­ пенсировать увеличение теплообмена в топке, связан­ ного с ростом степени черноты факела.

Например, в котельно-топочной практике широко ис­ пользуется способ самокарбюрапии природного газа, при котором искусственно ухудшается количество обра­ зования газовоздушной смеси в горелочных устройст­ вах или подается часть газа в объем факела в зону нехватки окислителя, но с достаточно высокой темпе­ ратурой. В обоих случаях сажа, образующаяся в ре­ зультате термического разложения части газа, усили­ вает черноту факела. Однако тепловыделение в ядре

153

светящегося факела по сравнению с сжиганием газа при несветящемся факеле понижается, так как та доля при­ родного газа, которая подается на термический кре­ кинг в зоне ядра факела, по существу не участвует в процессе горения. Таким образом, увеличения степени черноты факела за счет повышения светимости и одно­ временное уменьшение температуры приводят к тому, что эффект теплообмена остается постоянным. Более то­ го, при светящемся факеле он может и уменьшиться.

В СредазНИИГазе разработаны способы, позволяю­ щие значительно повысить светимость факела без существенного снижения температуры в его ядре.

Специальные горелочные устройства для реализа­ ции этого метода позволяют подвергать термическому разложению около 80% от общего расхода газа с выде­ лением более крупной сажи. Это в свою очередь приво­ дит к выравниванию теплообменных характеристик пла­ мен газа и мазута при их сжигании в одной и той же топ­ ке. Следует отметить, что при этом температура ядра светящегося факела остается на уровне температуры ядра несветящегося газового факела.

Следующим карбюрационным способом, позволяю­ щим не только регулировать, но и значительно форси­ ровать теплообмен в топках парогенераторов, исполь­ зующих газообразное топливо, является карбюрация факела газа частицами твердых веществ с высокой степенью черноты. При этом частицы твердых веществ (вторичные излучатели) подаются с потолка топки в объем топочной камеры.

Такой способ карбюрации при прочих одинаковых условиях может значительно сократить габаритные раз­ меры топок, уменьшить капзатраты на сооружение па­ рогенераторов.

ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКАХ ПРИ СОВМЕСТНО-РАЗДЕЛЬНОМ СЖИГАНИИ ГАЗА И РЕЗЕРВНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА И ПЕРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Основная цель применения методов регулирования топочных процессов на парогенераторах в конечном счете сводится к обеспечению такого поля тепловых потоков в объеме топки, которое соответствовало бы условиям наиболее экономичной и надежной работы их

154

Теплопередача при этом происходит в потоке лучепоглощающей и рассеивающей среды и в большинстве случаев содержащей внутренние источники тепловыде­ ления.

Сложность явлений топочных процессов делает раз­ работку теоретических методов расчета теплообмена в

даже для случая стационарной организации топочных процессов, хотя исследования в этом направлении ве­ дутся свыше 70 лет.

В связи с этим в инженерной практике широкое распространение получили полуэмпирические методы расчета теплообмена в топках парогенераторов. Так, в

СССР наиболее широко применяется полуэмпирическая методика ЦКТИ, базирующаяся на теории подобия и вошедшая в последние нормы теплового расчета па­ рогенераторов как основная.

Формула ЦКТИ для расчета теплообмена в топках парогенераторов

где

В0 — критерий Больцмана; <gT— степень черноты топки;

7ИХ— параметр температурного поля топки;

0 — безразмерная температура газов на выходе из топки.

Критерий Больцмана и степень черноты топки опре-

156

о том, чго она с успехом может быть положена и в ос­ нову для разработки рекомендаций по расчету суммар­ ного теплообмена в топках парогенераторов, оборудо­ ванных средствами регулирования топочных процес­ сов. Действительно, этот метод позволяет учесть влияние на теплообмен в топке изменения в результате применения методов регулирования топочных процес­ сов температурного уровня, загрязнений экранов и эмиссионных характеристик факела. Переменный пара­ метр Мх в методике ЦКТИ был введен в качестве за­ мыкающего уравнения теплового баланса и теплопере­ дачи, описывающих топочный процесс, и должен учитывать влияние на теплообмен в топке условий вос­ пламенения, горения и формирования температурного поля топки.

Как показали исследования, проведенные в ЦКТИ, параметр М х функционально связан с местоположени­

Если бы оказалось возможным установить функ­ циональную зависимость между параметром Мх, Хшах и

157

критериями, определяющими развитие процесса горе­ ния в реальных топочных устройствах, то эта функция дополнительно учитывала бы те особенности теплооб­ мена, которые связаны с влиянием методов регулиро­ вания топочных процессов на условия воспламенения, горения и формирования температурного поля топки. Однако в настоящее время установление такой зависи­ мости даже для условий стационарной организации то­ почных процессов затруднительно.

Поэтому для замыкания системы уравнений тепло­ вого баланса и теплопередачи целесообразно восполь­ зоваться функцией, которая могла бы описать измене­ ние реального температурного поля, а вид этой функ­ ции и ее изменение при применении методов регулирования топочных процессов установить на осно­ вании опытных данных.

Как показали исследования, проведенные в СредазНИИГазе, параметром, характеризующим изменение

занной связи претерпевают с течением времени значительные изменения. В то же время, как показали

Таким образом, применение в качестве основного пара­ метра, характеризующего изменение реального темпе­ ратурного поля параметра Ах исключает погрешности, связанные с неоднозначностью связи М х = / (x^*).

158

ный характер. Несоблюдение этого условия может при­ вести из-за имеющих место на практике значительных

зующий изменение регулирующего органа средств ре­ гулирования топочных процессов.

В СредазНИИГазе накоплен значительный матери­ ал по значениям этих параметров при различных усло­ виях сжигания газов среднеазиатских месторождений, а также определена функциональная взаимосвязь меж­ ду параметром Лл; и положением регулирующих ор­ ганов средств реализации различных методов регули­ рования топочных процессов.

Вторым, также весьма важным направлением явля­ ется разработка методики расчета потребного диапазо­ на регулирования суммарного теплообмена в топке,, исходя из условия обеспечения номинального значения температуры перегретого пара. В настоящее время рекомендации разработаны применительно к барабан­ ным парогенераторам с конвективными и конвективноширмовыми пароперегревателями в зависимости от изменения всех основных факторов, влияющих на тем­ пературу перегретого пара: вида сжигаемого топлива, нагрузки, коэффициента избытка воздуха и темпера­ туры питательной воды. При этом в качестве парамет­ ра, характеризующего потребный диапазон регулирова­

В0 = -щ— соотношение критериев Больцмана соот­

ветственно для второго и первого видов топлива;

159

160

—к. п. д. котлоагрегата, соответствующий избытку воздуха а и а1.

при изменении вышерассмотренных режимных парамет­ ров вверх по высоте топочной камеры, а отрицатель­ ный — о необходимости его снижения.

Задачами дальнейших исследований в данном нап­ равлении являются:

1. Исследование статических температурных харак­ теристик пароперегревателей различных конструкций.

2. Разработка рекомендаций по расчету потребного диапазона регулирования теплообмена в топках паро­ генераторов с радиационно-конвективными пароперег­ ревателями.

В настоящее время такие исследования в СредазНИИГазе проводятся.

Одной из важнейших задач в рассматриваемой об­ ласти является также разработка рекомендаций по расчету локальных значений тепловых потоков в объе-