ПРИНЦИПЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ В ТОПКАХ КОТЛОВ

Сжигание топлива в любом топочном устройстве организуют при помощи тех или иных механических и аэродинамических приемов, определяющих условия взаимодействия топлива с окислителем и обусловливающих тип топочного процесса.

Как известно, топочные процессы можно разделить на две основные группы – факельные и слоевые. При факельном сжигании - топливо вносится газовоздушным потоком и сгорает на лету. При слоевом процессе большая часть топлива лежит неподвижно н а решетке, а воздушные потоки пронизывают слой сквозь имеющиеся поры и каналы.

Рассмотрим основные вопросы движения газов и топлива в топочных камерах. При этом необходимо обратить внимание на следующие стороны процесса:

1) движение и взаимодействие воздушных струй в зависимости от конфигурации топочного пространства;

2) обеспечение воспламенения свежего топлива за счет подвода к нему горячих газов из зон активного горения;

3) обеспечение времени пребывания горючего в топочной камере до достижения желаемой степени выгорания.

Аэродинамика топочной камеры играет определяющую роль в обеспечении устойчивого горения и высокой экономичности топочного процесса. Определенная аэродинамическая структура достигается конструктивными приемами,

Рис. 4. Линии тока в вихревой

топочной камере котла БКЗ – 75:

при и (б)

определяющими конфигурацию топочной камеры, или организацией заданного взаимодействия струй и газовых потоков в топочной камере.

Рассмотрим примеры, характеризующие формирование аэродинамической структуры потоков в топочной камере. На рис.4 представлены линии тока (линии равных расходов), характерные для вихревой топки. Вихревая структура топки обеспечивается за счет взаимодействия горелочных струй, направленных под углом вниз к заднему скату топочной воронки, со струей нижнего дутья, распространяющейся по всей ширине топки вдоль фронтового ската топочной воронки. Эти два встречно параллельных потока создают интенсивное вихревое движение в зоне топочной воронки — вихревую зону. Интенсивность аэродинамики вихревой зоны определяется главным образом взаимным удалением горелок и сопел, а также соотношением начального количества движения в струях. Такая аэродинамическая структура позволяет организовать интенсивную сепарацию крупных частиц в вихревую зону и их сжигание в условиях многократной циркуляции в этой зоне.

На рис. 5 показаны поля осевых составляющих скорости н которые характеризуют движение газов на начальном (горизонтальном) участке факела в топочной камере, оборудованной шестью вихревыми горелками, расположенными встречно по три на боковых стенах топки.

Рис.5. Распределение осевой составляющей вектора скорости на начальном участке факела ( в горизонтальной плоскости на уровне оси горелок):

w_{x _} - осевая составляющая; D_a – диаметр амбразуры на выходе из горелки;

------ граница факела; - .- . - . – оси горелок; w₁ - скорость аэросмеси; w₂ - скорость вторичного воздуха; Г1 – Г8 - горелки.

Как видно из этого рисунка, на относительном расстоянии от устья х/D_а = 0,25 (D_а — диаметр амбразуры) факел каждой горелки сохраняет свои особенности. Его структура зависит от характера полей скорости и давлений в соосных струях, вытекающих из каналов горелки.

От выходного сечения каждой горелки в глубь топочного пространства движутся соосные потоки топлива и воздуха, которые перемешиваются между собой и с топочными газами, движущимися к устью горелки в ее приосевой области, а также в пристенной и межгорелочной областях.

Далее при движении факелов в топочном пространстве они взаимодействуют между собой и на расстоянии от устья факела соседних горелок, примерно равном D_а, сливаются, образуя сложный закрученный поток. Вследствие массообмена уменьшается осевая составляющая скорости в зонах основного потока, расширяется область факела, занятая основным потоком, и вырождаются зоны рециркуляции.

Соотношение между размерами зон основного потока и зон рециркуляции зависит от параметра крутки струй, выходящих из каналов горелок, расстояния между горелками и режима работы горелок. Эти параметры выбираются таким образом, чтобы обеспечивалось достаточное для выгорания топлива время пребывания газов в зонах основного потока и чтобы тепло газов рециркуляции обеспечивало устойчивость воспламенения.

В большинстве случаев приходится сталкиваться с истечением воздушных или газовых струй из насадка относительно малого сечения в большой топочный объем. Пределом этого случая является истечение турбулентной затопленной струи в безграничное пространство, детально рассмотренное в работах Г. Н. Абрамовича, Л. А. Вулиса и других исследователей.

Основой для описания движения такой струи является закон сохранения количества движения вдоль струи, а для закрученной струи — закон сохранения момента количества движения.

ТЕПЛООБМЕН В ТОПКЕ

В топке одновременно происходят горение топлива и сложный радиационный и конвективный теплообмен между заполняющей ее средой и поверхностями нагрева.

Источниками излучения в топках при слоевом сжигании топлива являются поверхность раскаленного слоя топлива, пламя горения летучих веществ, выделившихся из топлива, и трехатомные продукты сгорания СО₂, SО₂ и Н₂О.

По режиму подачи топлива в плотный слой различают топочные устройства с периодической и непрерывной за грузкой топлива. Характер подачи топлива в топку оказывает решающее влияние на показатели работы топочного устройства.

По организации тепловой подготовки и воспламенения топлива в слое различают топки с нижним, верхним и смешанным воспламенением.

По способу смесеобразования топлива и воздуха в слое различают следующие схемы, отличающиеся друг от друга сочетанием направлений газовоздушного и топливно-шлакового потоков: встречные, параллельные, поперечные, смешанные.

Эффективность и производительность слоевых топочных устройств зависят от рациональной организации тепловой подготовки топлива, его зажигания и горения.

Поиск по сайту: