книги из ГПНТБ / Энергетическое использование фрезерного торфа

Траектории струн, истекающих в газовую среду иной плотности, чем среда самой струи, не являются прямолинейными, а искрив­ ляются под действием гравитационных сил, которые вызывают вер­ тикальную составляющую скорости газовой струе и элементам окружающей среды, подсасываемым к истекающей струе. Для горя­ чих струй явление это осложняется из-за изменения температуры вдоль оси струн. Наконец, аэродинамика истекающей двухфазной струн требует некоторых поправок по сравнению с истечением сво­ бодной затопленной струи.

При концентрациях твердых примесей в газовой среде имеющих место в топочном процессе, струю можно рассматривать как газо­ вую, так как содержание в ней твердых частиц по объему ничтожно.

Из теории движения газовой струи известно, что изменение кон­ центраций примеси вдоль оси струи, подчиняется следующему урав­ нению [Л. 132]:

Используя указанное уравнение, можно приближенно определить длину' факела в топочной камере.

Точный аэродинамический расчет длины факела в топочной ка­ мере осложняется тем, что по его длине происходит непрерывное изменение теплосодержания (теплопоглощение в начальном и тепло­ выделение в последующем участке), а следовательно, имеет место изменение параметров газовой среды.

Для условий сжигания в топке с шахтно-мельничной установкой, например, фрезерного торфа, длина факела, выходящего из обыч­ ной амбразуры, оказывается примерно в 10 раз больше радиуса се­ чения последней, т. е. факел оказывается достаточно дальнобойным. Если же учесть большую влажность торфа, то в условиях эксплуа­ тации, как правило, ядро факела прижимается к задней стенке топ­ ки, что в свою очередь иногда приводит к ее шлакованию.

Для определения аэродинамики потоков в топке, ско­ ростного поля в шахте и амбразуре проведены опыты при продувке топки холодным воздухом (топка имеет две шахтно-мельничные установки).

Из рис. 6-2 видно, что все сечение топки может быть разбито на две характерные зоны. Одна зона с активны­ ми потоками струй и другая зона находится под воздей­ ствием круговых потоков (заштрихованная часть рисун­ ка). При увеличении количества первичного воздуха зо­ ны циркуляционных потоков — левая и правая — умень­ шаются.

Примем за коэффициент заполнения топочной ка­ меры активными потоками отношение:

где FаКт,,пот ПЛОЩЯДЬ ТОПКИ В рйССМДТрИВЯбМОМ С6Ч6НГІИ,

занятая активными потоками, иг2; FT— сечение топки, иг2. Анализ показывает, что заполнение топочного объема активными потоками при работе одной мельницы хуже, чем при одновременной работе двух мельниц (коэффи-

Рис. 6-2. Схемы потоков (в плане) в топке с шахтно-мельнич­ ной установкой при продувке ее холодным воздухом.

а — при работе одной мельницы; б — при работе двух мельниц.

циент заполнения топки в первом случае £=0,7 и во вто­ ром £ = 0,9). Перераспределение воздуха на первичный и вторичный по сравнению с подачей только первичного воздуха несколько улучшает заполнение топки активны­ ми потоками. При подаче только первичного воздуха получено: при работе одной мельницы g= 0 ,6 6 ; при рабо­ те двух мельниц £=0,7. При подаче первичного и вто­ ричного воздуха: при работе одной мельницы £=0,73, при работе двух мельниц £= 0,87. При этом наилучшее заполнение топки имеет место при некоторых оптималь­ ных величинах распределения между первичным и вто­ ричным воздухом.

При работе, например, только правой мельницы наблюдается пе­ рекос потока справа налево (рис. 6-2,а). При работе двух мельниц распределение потоков более равномерно, а зоны циркуляционных потоков размещаются в задних углах топки (рис. 6-2,6). В целях размыва этих циркуляционных потоков и улучшения аэродинамики топки может быть полезной подача третичного воздуха из этих углов.

Расположение амбразур под небольшим углом к оси топки (в горизонтальной проекции) значительно повы-

114

шает турбулнзацию потоков и интенсифицирует процесс смешения горючей смеси с воздухом.

Однако угол поворота амбразур должен быть не слишком большим (не более 1 0 °), в противном случае при работе одной мельницы будут иметь место значи­ тельный перекос факела и увеличение односторонней циркуляции потока.

Рис. 6-3. Поле скоростей воздуха в сепарационноіі шахте обычной конструкции (рис. 6-4,а).

На рис. 6-2 приводятся потоки в топке в сечении на уровне амбразур. Следует заметить, что циркуляция га­ зов со стороны топки к корню факела оказывают поло­ жительное влияние на ускорение процесса воспламене­ ния пыли, поэтому циркуляционные потоки в этих зонах топочной камеры являются полезными.

На рис. 6-3 приводится поле скоростей воздуха в се­ чении / —/ полой шахты (рис. 6-4,а). Из рисунка видно, что при работе мельницы в шахте имеют место два на-

правления потоков — восходящий п нисходящий. Оба потока по сечению шахты имеют неравномерные скоро­ сти, колеблющиеся для восходящего потока от 0 до 9 м/сек и для нисходящего от 0 до 3 м/сек. Максималь­ ные скорости восходящего потока расположены у стенки шахты, на выкидной стороне ротора мельницы, у нисхо­ дящего потока — на всасывающей стороне ротора. Такой характер распределения скоростей в шахте объясняется действием нагнетательной и всасывающей сторон вра-

Рнс. 6-4. Сепарационная шахта.

а —обычная конструкция; б— усовершенствованная конструкция.

щающегося ротора мельницы, а также тангенциальным подводом воздуха по отношению к ротору мельницы. Та­ ким образом в шахте имеется рециркуляция части потока.

Примем за коэффициент неравномерности скоростей в сеьарационной шахте

где Wn, wB— средняя скорость в восходящем и нисходя­ щем потоке, м/сек.

В числителе wn берется с учетом знака (т. е. со зна­ ком минус).

Опыты показали, что с уменьшением количества воз­ духа, подаваемого в мельницу, величина степени нерав­ номерности возрастает.

116

На рис. 6-5 приводится распределение скоростей воз­ духа на выходе из амбразуры (сечение П-П) обычной конструкции (без вставок), выполненной с односторон­ ним нижним скосом. Из рисунка видно, что скорости воздуха на выходе из амбразуры в топку неравномерны. В верхней части амбразуры скорости воздуха имеют на­ ибольшую величину 8 м/сек, в средней — 4—5 м/сек и у основания горки — 3 м/сек (при включенном вторичном воздухе, подаваемом из шлиц, расположенных под ам­ бразурой).

0 12 3 4 5 м/сек

Рис. 6-5. Поле (а) и усредненный профиль (б) скоростей воз­ духа в амбразуре обычной конфигурации.

В связи с неудовлетворительным распределением скоростей потоков в шахтах и амбразурах обычной кон­ струкции (неравномерные скорости потока на выходе из амбразуры, наличие потока рециркуляции и неравномер­ ного поля скоростей в шахте) была предложена шахтно­ мельничная установка (рис. 6-4,6).

Для уменьшения рециркуляции и отжатия восходя­ щего потока к передней стенке шахты над выкидной сто­ роной ротора мельницы установлен козырек. Тем самым в значительной степени исключается нисходящий поток рециркуляции. Крупные частицы топлива, ударяясь о ко­ зырек, выпадают обратно в мельницу, где подвергаются дальнейшему размолу.

Для исключения мертвого пространства в верхней части шахты передний прямой угол шахты скруглен.

117

Наклон потолка амбразуры в сторону топки пріг одновременном скруглении его на выходе способствует выравниванию выходных скоростей пылевоздушного по­ тока и лучшему заполнению топки в нижней ее части' и передней верхней части. Уменьшение пиковых скоро­ стей в верхней части амбразуры обеспечивает приближе­ ние ядра факела к центру топки (а следовательно, бла­ гоприятствует бесшлаковочной мощности работы топки).

Вращение мемьңиры

Рис. 6-6. Поле скоростей водзуха в шахте изме­ ненной конструкции (рис. 6-4,6).

Получаемое некоторое увеличение скоростей потока в нижней части амбразуры препятствует возможному об­ ратному распространению пламени из топки в шахту, которое может быть при неблагоприятном профиле ско­ ростей для обычной амбразуры (в некоторых случаях у основания горки обычной амбразуры имеют место да­ же отрицательные скорости, т. е. поток направлен из топ­ ки в шахту).

На рис. 6 - 6 и 6-7 приводится характер распределения скоростей воздуха в сепарационной шахте и амбразуре для конструкции, изображенной на рис. 6-4,6.

Из рис. 6 - 6 и 6-7 видно, что поток в шахте направлен только вверх (рециркуляция в шахте исключена), а ско-

118

тонкий помол, большая самовеитиляцпя мельницы, не­ которая локализация процесса шлакования, исключение вспышек в сепарационной шахте и пр.).

О 1 2 3 4 5 м /сек

Рис. 6-7. Поле (а) и усредненный профиль (б) скоростей воздуха в амбразуре измененной конструкции Срис. 6-4,6).

Пульсирующий характер горения фрезерного торфа.

Пульсация горения выражается в периодических коле­ баниях давления газов в топке. Это является результа­ том неустойчивости во времени воспламенения и горения пылевоздушной смеси из-за периодического нарушения теплового баланса в зоне воспламенения топлива.

Явление пульсации горения в топках изучено еще. недостаточно. Пульсация горения в той или иной степени присуща топкам всех типов.

В некоторых случаях пульсация в шахтно-мельничной топке носит характер сильных хлопков и даже взрывов,

119

Сопровождающихся разрушением обмуровки котла и пр, Последнее наблюдается при сжигании топлив с большим выходом летучих при одновременном резком изменении

крупные фракции ее находятся в нижней части сечения, а наиболее мелкие — в верхней части, причем в процессе сушки мелкая пыль подсыхает больше, чем крупная. Наибольшая концентрация пыли наблюдается в нижней части сечения амбразуры.

По выходе из амбразуры для начального сечения потока /—/ (рис. 6 -8 ) и элементарных объемов d V d V i и dVз, находящихся в нижней, средней и верхней частях факела, аэросмесь имеет следующие параметры:

на котлах ГРЭС Мосэнерго и Уфимэнерго, сжигающих фрезерный торф й землистый уголь и оборудованных топками с шахтно-мель­ ничными установками с обычными амбразурами и полыми шахтами, и на котле с шахтой и амбразурой, выполненной согласно рис. 6-4,6.

120

Здесь X — размер частицы; Wр — влажность пыли; ц— концентрация пыли; с — теплоемкость аэросмеси; w — скорость аэросмеси, причем

х3< х г < х ъ

<К < Щ ;

Цз<Ц 2 < Ц ь

w3>W2>Wi;

С з < С 2 < С і .

Строго говоря, зольность по фракциям также будет различной, причем, как показывают анализы, зольность мелких фракций выше, чем крупных. Однако, учитывая, что зольность мало влияет на тепловой баланс частицы топлива, различием ее по фракциям можно пренебречь.

Таким образом, уже на начальном участке потока аэросмеси параметры пыли и аэросмеси распределены неравномерно по сечению факела.

Рассмотрим тепловой баланс для элементарного объе­ ма аэросме'си dV\, находящейся на периферии факела, для сечения / —/ (рис. 6 -8 ).

Тешго, воспринимаемое объемом аэросмеси dVt за счет лучеиспускания dqny4 и конвекции dqKmB, расходу­ ется на испарение влаги и пирогенетическое разложение ^нсп.вл + й(<7шіролііз, а также на теплопередачу к соседним частицам я^соседн.част в направлении части соседнего аэропотока.

Таким образом, при поступлении в топку (сечение потока I—I) для элементарного объема аэросмеси dVі тепловой баланс определяется

(6-4)

По мере продвижения аэросмеси в камере количество тепла, расходуемое на испарение влаги и пиролиз, будет уменьшаться, а температура аэросмеси — увеличиваться. При некотором повышении температуры аэросмеси, на­ пример для сечения потока II—II, газообразные оболоч­ ки вокруг частиц, состоящие из продуктов возгоню?, вос­ пламеняются. Тепловой баланс для этого момента будет Определяться

(6-5)

121