Фронтальное расположение горелок
•При фронтальном расположении горелок струи, истекающие из отдельных горелок, первоначально развиваются самостоятельно, а затем сливаются в единый поток.
• По мере распространения струя подсасывает (эжектирует) топочные газы, масса её значительно увеличивается, а концентрация окислителя снижается.
•Во избежание касания струёй противоположной (задней) стенки топочной камеры при фронтальном расположении целесообразно использование вихревых горелок, которые дают относительно короткий факел.
Длина газового факела вихревой горелки Lвихр при различных углах крутки
вторичного воздуха α2 в сравнении с прямоточным факелом Lпр.
Профиль скорости на выходе из горелки
Профиль скорости на выходе из горелки
•При незначительной крутке на оси струи уменьшается статическое давление. Струя распространяется под действием центробежных сил, вызванных вращающимся движением частиц потока. До тех пор, пока между силами сжатия или центробежными силами сохраняется равновесие, профиль осевой составляющей скорости подобен случаю распространения свободной незакрученной струи (кривая а).
•При усилении крутки потока силы сжатия компенсируют часть импульса осевого потока и тем самым замедляют его. Поскольку максимальное падение давления происходит на оси струи, наибольшее торможение осевого потока имеет место также на оси. При дальнейшем повышении степени крутки образуется профиль скорости с впадиной посередине (кривая б).
•Последующее увеличение крутки приведёт к тому, что силы сжатия превысят осевой импульс потока вблизи оси и вынудят повернуть осевой поток в обратном направлении (кривая в).
•Образующийся в окологорелочной области обратный вихрь
играет важнейшую роль в первую очередь при стабилизации вихревого пламени. Размер зоны внутренней рециркуляции (зоны обратных токов) и её удаление от среза горелки определяется геометрией горелки, степенью крутки и соотношением режимных параметров.
Зона обратных токов на выходе
из вихревой горелки
Встречное расположение горелок
•При встречном расположении горелки могут устанавливаться либо на противоположных боковых стенках, либо на фронтальной и задней, причём возможна как встречно-лобовая, так и встречно- смещённая компоновка.
•При встречно-лобовой компоновке в топке получается
концентрированный удар встречных потоков, в результате чего поток разделяется на два направления: одна часть потока поднимается в верхнюю половину топки, а другая опускается вниз. При неравенстве импульсов встречных потоков возникает асимметричность течения, и результирующий факел может приблизиться к одной из стен.
•При встречно-смещённой компоновке горелок потоки взаимно проникают друг в друга, при этом происходит лучшее заполнение факелом топочного объёма, выравнивается поле температур, обеспечивается интенсивный подвод теплоты к корню факела, стабилизируется воспламенение.
Схемы угловой установки горелок
а – диагональная; б, в – блочная; г, д – тангенциальная
Экологические проблемы
•Устойчивое горение пылеугольного факела возможно только при высокой температуре в ядре факела – не ниже 1300- 1500°С. В этом диапазоне температур заметно возрастает скорость образования “термических воздушных” оксидов азота.
•При сжигании топлив, содержащих серу, образуется токсичный диоксид серы SO2, вызывающий образование фотохимического смога и кислотных дождей, пагубно воздействующий не только на здоровье людей (вызывает раковые заболевания), но и на флору и фауну.
•Одним из наиболее эффективных способов уменьшения вредных выбросов является снижение температуры в зоне активного горения до 850-950°С. При этих температурах скорость образования оксида азота незначительна, а диоксид серы соединяется с оксидами кальция и магния, входящими в минеральную часть топлива
SO2 + CaO + 0,5O2 = CaSO4
Концентрация NOx как функция температуры
Проблема сжигания низкосортных топлив
•В процессе жизнедеятельности человека образуется большое количество горючих органических отходов, которые не могут считаться топливом в общепринятом смысле: “хвосты” углеобогащения, отвалы при добыче угля, многочисленные отходы целлюлозно-бумажной и лесной промышленности и т.д.
•Например, огромные терриконы “пустой породы”, образующиеся вблизи угольных шахт, склонны к самовозгоранию, однако сжечь эту “породу” не удаётся ни в слоевых, ни в камерных топках из-за высокого содержания минеральных примесей. В слоевых топках зола, спекаясь при горении, препятствует проникновению кислорода к частицам горючего или забивает воздушные сопла, а в камерных – невозможно получить необходимую для устойчивого горения температуру.
•Так, возникшая перед человечеством проблема снижения вредных газообразных выбросов, а также необходимость разработки безотходных технологий поставила вопрос о создании топочных устройств для сжигания таких материалов.
•С этой целью разработан способ сжигания в кипящем слое.