Стартовая >> Архив >> Генерация >> Закрученные потоки

Промышленные топки и камеры сгорания с вихревыми горелками - Закрученные потоки

Оглавление
Закрученные потоки
Предисловие
Список обозначений
Характеристики закрученных потоков
Формирование закрученных течений
Основные эффекты закрутки
Теоретические методы
Проблемы моделирования поля течения
Осесимметричные закрученные течения
Неосесимметричные закрученные течения
Экспериментальные методы
Измерение температуры
Лазерный спекл-метод
Закрученные течения в технике
Поршневые двигатели
Газотурбинные двигатели
Топки, горелки, циклоны
Стабилизация пламени
Стабилизация пламени в однородной смеси
Спектр энергии турбулентных пульсаций
Влияние турбулентности на горение и скорость распространения пламени
Стабилизация пламени плохообтекаемым телом
Стабилизация пламени закруткой
Стабилизация пламени в камерах сгорания газотурбинных двигателей
Закрученные струи
Пламена в закрученных потоках
Вихревые явления и огневые смерчи
Характеристики турбулентности в закрученных течениях
Расчет слабозакрученных течений
Характерные особенности закрученных потоков
Рециркуляционные зоны
Размер и форма рециркуляционной зоны
Потеря устойчивости, распад вихри и прецессирующее вихревое ядро
Горение в закрученном потоке
Моделирование потоков в вихревых горелках
Пределы срыва и устойчивость пламени
Математическое моделирование потоков в вихревых горелках
Выбросы загрязняющих веществ
Промышленные топки и камеры сгорания с вихревыми горелками
Расчет сильнозакрученных струй
Расчет сильнозакрученных факелов
Проектирование вихревых горелок
Общие представления о циклонных сепараторах и камерах сгорания
Циклонные сепараторы
Циклонные камеры сгорания
Структура пламени в циклонной камере сгорания
Циклоны, циклонные камеры сгорания, образование рециркуляционного вихря
Расчет течения в циклонной камере
Труба Ранка-Хилша
Вихревые топки
Камеры сгорания газотурбинных двигателей
Шум, вызываемый неустойчивостью горения
Литература
 

4.5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТОПКИ И КАМЕРЫ СГОРАНИЯ С ВИХРЕВЫМИ ГОРЕЛКАМИ; ВЛИЯНИЕ ВИДА ТОПЛИВА.
Для сжигании различных видов топлива имеется множество разнообразных типов промышленных вихревых горелок. Прототипом многих промышленных конструкций является эймёйденская вихревая горелка ( рис. 4 58). Закручивающее устройство в этой горелке состоит из набора перемещаемых блоков в виде пластин с острыми кромками, смонтированных на двух кольцах. При перекрывании блоков образуются проточные каналы, в которых поток движется в окружном н радиальном направлениях. Проходя через эти каналы, поток разбивается на ряд струй, которые затем снова сливаются в общин закрученный ноток. За счет поворота задней пластины (В2) по отношению к передней (В1) можно непрерывно изменять поток момента количества движения [2, 29] и таким образом варьировать параметр закрутки. Для создания закрутки в промышленных условиях используется одна из основных конфигураций с фиксированным положением лопастей.
В работах [93, 26, 27, 94] исследованы характеристики эймёйденских вихревых горелок, используемых для сжигания различного вида топлив, а также различающихся типом факела, типом и положением форсунок, углом раскрытия и длиной выходного диффузора, диапазоном устойчивости и пределами срыва пламени. В этих горелках реализуются факелы двух типов: типа I и II (рис. 4.59). В факеле типа II струя топлива, вытекающая из сопла, расположенного вдоль оси горелки, тормозится в рециркуляционной зоне и резко расширяется, что приводит к образованию очень короткого факела с большой интенсивностью процесса горения (при сжигании природного газа пламя имеет голубой цвет).

вихревая горелка для сжигания нефтепродуктов
Рис. 4.61. Промышленная вихревая горелка для сжигания нефтепродуктов:
1 — коллектор первичного воздуха; 2 — топливная форсунка; 3 —тракт первичного воздуха; 4 — тракт вторичного воздуха; 5 — коллектор вторичного воздуха; 6 — составные части форсунки

Такой факел реализуется в большинстве горелок с рециркуляционными зонами. Факел типа II, особенно при горении природного газа, обладает низкой светимостью, и, для того чтобы увеличить светимость пламени в целях нагрева излучением, применяется факел типа I, где высокоскоростная газовая струя пробивает рециркуляционную зону и догорает ниже по потоку, но при этом в зоне обратных токов кольцевой формы остается достаточное количество горячих продуктов сгорания, которые поддерживают горение и стабилизируют пламя.
Горелки с факелом типа II, как, например, рассмотренная в работе [8], широко распространены на практике и представляют собой устройства, в которых воздух из вихревой камеры, закрученный е помощью больших тангенциальных направляющих лопаток, истекает совместно с небольшим количеством первичного закрученного воздуха через горловину и горелочный камень (диффузор из огнеупорного материала). Подробности представлены на рис. 4.61. Топливо может впрыскиваться как вдоль оси в выходном сечении горловины, так и через произвольное количество форсунок, равномерно расположенных по периферии горловины. Такой способ используется при сжигании газообразных топлив.

Аналогичную конструкцию имеет люнетовская горелка [95], также предназначенная для сжигания как жидких, так и газообразных топлив
больших промышленных парогенераторах вихревых горелок, работающих на газообразном, жидком и твердом топливах. Схемы устройств представлены на рис. 4.62а — 4.62в. Поток вторичного воздуха закручивается одинаковым образом при использовании любого топлива, но скорость его равна 60 м/с в случае сжигания газа или мазута и 36 м/с при сжигании распыленного угля, воздух предварительно подогрет до 320 °С. В зависимости от вида топлива имеются различия в способах его подачи:

  1. природный газ впрыскивается через ряд форсунок, расположенных по периферии выходного сечения (рис. 4.62а);
  2. при впрыске мазута к форсунке присоединяют лопаточный завихритель, с помощью которого топливо распыляется по конической поверхности, что способствует стабилизации пламени (рис. 4.62б);
  3. распыленный уголь подается с помощью кольцевой форсунки. в качестве носителя угольных частиц используется воздух, расход которого составляет 20 % расхода основного подводимого воздуха (рис. 4.62в).


Рис. 4.62а. Вихревая горелка для парогенератора, работающая на природном газе [96].
Параметры горелки: воздух — скорость 61 м/с. температура 316 С; газ — скорость равна скорости звука, избыточное давление 103 кПа, впрыск топлива через систему периферийных форсунок (как показано на рисунке) или через центральную форсунку с цилиндрической или расширяющейся выходной частью.


Рис. 4.62б. Вихревая горелка для парогенератора, работающая на нефтепродуктах [96]
Параметры горелки, воздух — скорость 61 м/с. температура 316 С; топливо — мазут в виде насыщенных паров или с механическим распылением с размером капель 400 мкм. избыточное давление в магистрали для жидкого топлива от 2,07 до 8,27 МПа. избыточное давление в магистрали для насыщенных паров (когда используется такой способ подачи) от 0,345 до 1,03 МПа. скорость истечения звуковая.
1 — закрученный поток воздуха; 2 — граница турбулентного факела; 3 — факел; 4 — топливо, распыленное по конической поверхности; 5 —диффузор или стабилизатор.

Для обеспечения экономичности воздушного компрессора в вихревых горелках приходится использовать низкие перепады давления (менее 2 кПа), в результате чего процесс горения происходит в низконапорном потоке и становится малоинтенсивным. Пламя в этом случае чувствительно к возмущениям в потоке и пульсациям, возникающим при горении.
Поскольку перепад давления на горелке довольно мал, при горении нефти и угля в зоне, расположенной вдоль линии, продолжающей ось горелки, проявляется тенденция к образованию «горящего облака» или «шара», в котором процесс испарения топлива протекает быстрее, чем процесс турбулентного смешения на его границе, и эжектируемый воздух приходит в стехиометрическое соотношение с топливом на некоторой поверхности, ограничивающей облако. В больших парогенераторах такая первичная зона горения простирается вдоль оси на расстояние от 1,5 до 5 м Рециркуляция способствует хорошей стабилизации пламени, но также может приводить к образованию большого количества оксида азота. Обычно на расстоянии 1 ... ... 1,5 м поток массы относительно холодного газа, подсасываемого из внутреннего объема установки, превышает поток, поступающий через горелку. Поэтому на суммарные характеристики процесса горения существенно влияют условия в пространстве, окружающем горелку.

На горелке, если она неправильно спроектирована, вследствие расщепления молекул жидкого и твердого топлив могут осаждаться углеродистые отложении или пепел, что приводит к ухудшению ее характеристик.
В двух описанных выше разновидностях вихревых горелок получается короткий факел пламени, похожий на факел типа II, возникающий в эймёйденской горелке при низких скоростях впрыска газа. Во многих случаях такая ситуация является вполне удовлетворительной, но довольно часто в парогенераторах и топках для обеспечения высоких скоростей теплообмена полезным оказывается длинный факел с большими скоростями потока. Такой факел получается в вихревой горелке Шоппе [97], схема которой представлена на рис. 4.63. Горелка состоит из завихрители, за которым расположен длинный диффузор с небольшим углом раскрытия, а выходная часть выполнена конфузорной. Воспламенение происходит внутри горелки, и затем образуется длинный факел с большими скоростями потока. В работе [97] сообщается, что в некоторых ситуациях такая горелка обеспечивает значительную экономию топлива и возрастание скорости теплообмена.


Рис. 4.62в. Вихревая горелка для парогенератора, работающая на распыленном угле [96].
Параметры горелки: воздух — скорость 36 М/с, температура 316 С; угольные частицы размером 60 мкм; смесь первичного воздуха с углем — скорость 24 м/с, температура 77 °С.
1 — закрученный поток воздуха, 2—граница турбулентного факела; 3 — факел; 4 — смесь распыленного угля с воздухом, расход воздуха составляет 20 % общего расхода воздуха в горелке.


Рис. 4.63. Вихревая горелка Шоппе с большой скоростью истечения [97]:
1—управляющий клапан; 2— форсунка для жидкого топлива; 3 — форсунка для газообразного топлива; 4 — лопаточный завихрители; 5 — воздух: 6 — огнеупорная облицовка; 7 — жидкое и газообразное топлива; 8 — факел.

Как показано в этой главе, к настоящему времени спроектировано и используется множество различных вариантов вихревых горелок. В типовых промышленных горелках, в которых используется одна зона для стабилизации пламени, возникают
определенные проблемы в связи с обеспечением устойчивости и снижением выбросов загрязняющих веществ. Например, в вышеописанных горелках пределы устойчивости сужаются на порядок при изменении способа подачи топлива с аксиального на тангенциальный. Экспериментальные исследования закрученных течений [2] показывают, что существенное влияние на положение рециркуляционной зоны и интенсивность движения в ней оказывает геометрия выходного сопла В обычных вихревых горелках энергия турбулентности порождается главным образом вблизи приосевой рециркуляционной зоны тороидальной формы и используется не наиболее эффективным образом. Более эффективно энергию турбулентности можно использовать с помощью многосопловой вихревой горелки (рис. 4.64), которая, как показано в работе [60], является весьма перспективной для промышленного применения. С помощью подвода закрученного потока через ряд концентрических кольцевых сопел и простого изменения расходов в соплах можно очень эффективно воздействовать на уровень турбулентности, размеры приосевой рециркуляционной зоны, на пределы устойчивости, получать высокие скорости объемного тепловыделения (30 MBt/m3) при низком уровне эмиссии загрязняющих веществ. В много- сопловой вихревой горелке использован тот принцип, что в турбулентном потоке можно достичь большой скорости объемного тепловыделения, согласовав распределения концентраций реагирующих веществ таким образом, чтобы область с большой концентрацией топлива совпадала с областью больших сдвиговых напряжений. Многосопловая вихревая горелка состоит нз набора соосных диффузорных сопел, смонтированных таким образом, что кромка меньшего сопла расположена в узком сечении сопла большего диаметра. Воздух и топливо подаются так, чтобы основная масса топлива проходила вблизи стенок сопел. В этой области большие сдвиговые напряжения порождают высокий уровень турбулентности. В свою очередь сдвиговые напряжения появляются благодаря действию градиентов скорости в потоке вблизи стенки.

Рис 4.64. Схема многосопловой вихревой горелки [60]:
1 — подача воздуха; 2 — запыление; 3 — общий резервуар для сопел № 4, 6, 8.
За счет подачи реагентов через диффузорные сопла с закруткой появляется возможность воздействовать на распределение скорости в пограничном слое в расширяющейся части горелки, получить высокую интенсивность процесса горения в области, сосредоточенной внутри расширяющейся части, широкие пределы устойчивости и низкий уровень эмиссии загрязняющих веществ [98]. Более того, можно либо полностью устранить прецессию вихревого ядра, либо по крайней мере понизить ее интенсивность. В этом случае изменяется частота прецессии вихревого ядра и уменьшается склонность к развитию неустойчивых колебаний в топочно-горслочной установке. Измерения уровня эмиссии оксидов NO, в многосопловой вихревой горелке при условиях чередования подачи топлива и воздуха в последовательности сопел и при условиях нечередующейся подачи компонент [99] показали, что уровень эмиссии оксидов NO, можно уменьшить в два-три раза за счет соответствующего распределения топлива и воздуха, сохраняя при этом высокую интенсивность горения и высокую полноту сгорания.

Рис. 4.65. Визуализация с помощью частиц полистирола потока воды в модели многосопловой вихревой горелки.
На рис. 4.65 приведена типичная картина течения в продольном сечении за многосопловой вихревой горелкой, полученная визуализацией потока с помощью частиц полистирола, освещенных направленным плоским световым пучком большой интенсивности. Картина течения в закрученном потоке действительно очень сложная. Длина черточек дает представление об относительной величине скорости течения в различных точках. С помощью этой картины можно ясно увидеть процесс расширения струи, наличие областей с высокой интенсивностью турбулентности и зон рециркуляции.

Любые методы визуализации позволяют получить картину течения с определенной долей количественной информации. Б прикладных науках и в экспериментальной физике широко используются различные способы визуализации. Во всех таких методах в поток вносится чужеродный материал (твердые частицы, краска или дым), который распространяется в направлении среднего течения, а заключение о характере течения делается, исходя из наблюдения движения этих частиц либо непосредственно, либо с помощью источника направленного высокоинтенсивного светового пучка. Преимущество моделей, работающих на воде, состоит в том что в них легко смоделировать поток с тем же числом Рейнольдса, что и в натурном устройстве, поскольку кинематическая вязкость горячих газов в горелках в 200 раз больше, чем в холодной воде. Поэтому в модели размером 1/20, работающей на воде, требуется создать поток со скоростью, равной всего 1/10 скорости в реальной горелке, и тем самым можно уменьшить влияние пограничного слоя
Многосопловая вихревая горелка привлекает внимание возможностями использования в камерах сгорания газовых турбин и магнитогидродинамических (МГД) генераторов. В газовых турбинах кольцевые сопла можно сделать телескопически перемещаемыми, с тем чтобы камера сгорания могла работать при вариациях расхода топлива Для того чтобы обеспечить достаточно высокую электрическую проводимость плазмы в МГД генераторах, в камерах сгорания необходимо получать температуры, близкие к 2800 К, даже при использовании частиц с низким потенциалом ионизации Поэтому большинство камер сгорания, работающих на угле, спроектировано как циклоны. В этих системах смесь угля и части воздуха, необходимого для горения, подается в цилиндрическую камеру сгорания аксиально или тангенциально через несколько отверстий, а остальная часть воздуха подогревается до высокой температуры и подается с большой скоростью (до 200 м/с) через специальные блоки тангенциальной подачи. Цилиндрическая камера сгорания закрыта охлаждающими трубами, которые в целях уменьшения тепловых потерь покрыты со стороны камеры огнеупорным материалом. Закрученный поток перемещает крупные частицы к стенкам циклона, где они попадают в слой расплавленного шлака и выгорают, а шлак при этом ожижается
Последняя тенденция в проектировании камер сгорания состоит в отказе от конструкции камеры с ожиженным слоем и одноступенчатой подачей компонент в пользу двухступенчатой подачи Преимущество камер с двухступенчатой подачей состоит в том, что в первой ступени удается поддержать температуру на относительно низком уровне (порядка 1700 К), что достаточно для обеспечения значения вязкости шлака 15 Па-с, а таким способом можно в значительной мере избежать испарения щелочных металлов и кремний-органических соединений, содержащихся в продуктах сгорания угля. В этих условиях в первой ступени, где подается всего 50 % необходимого для горения воздуха, происходит газификация топлива, а затем во второй ступени газ сжигается с кислородом или с остальной частью сильно подогретого воздуха. Такая организация процесса позволяет также экономить ионизируемые частицы, частицы вводятся в камеру сгорания второй ступени и не теряются в процессе сжижения шлаков. В линейных МГД-генераторах значительный интерес представляет возможность ликвидации закрутки потока в камере сгорания второй ступени; газ в первой ступени сильно закручен, и, подавая воздух во вторую ступень с противоположным направлением вращения, удается устранить закрутку газового потока перед входом в канал МГД-генератора. В дисковых генераторах не требуется ликвидировать закрутку с помощью второй ступени, напротив, большая степень закрутки потока на входе в дисковый МГД-генератор является благоприятным фактором.

Рис. 4.66. Схема модели двухступенчатой камеры сгорании МГД-генератора с сильной закруткой потока [100]:
1 — тангенциальная подача в первую ступень: 2— аксиальная подача в первую ступень; 3 — щели для тангенциальной подачи; 4 — закручивающее устройство первой ступени; 5 — три независимых ряде лопаток, закручивающих поток во второй ступени (по 48 лопаток в каждом кольце); 6 — циклонная камера сгорания второй ступени с многосопловой горелкой; 7 — выходное устройство; 8 — выход из камеры сгорания и вход в МГД-генератор; 9 — патрубки подачи воздуха во вторую ступень (по 8 на каждое кольцо); 10— циклонная камера сгорания первой
Схема многосопловой вихревой горелки для камеры сгорания МГД-генератора показана на рис. 4.66. В этом устройстве имеется также камера сгорания первой ступени [100, 101]. Газ полностью сгорает в камере сгорания второй ступени и поворачивается на 90° в выходном радиальном канале.

Основные преимущества такого устройства следующие;
I. Многосопловая конструкция позволяет изменять распределение окружной составляющей скорости по радиусу камеры сгорания, что в свою очередь можно использовать для изменения турбулентного напряжения в областях между отдельными концентрическими закручивающими устройствами. Высокую интенсивность турбулентности в потоке можно использовать для достижения высоких скоростей объемного тепловыделения в камере сгорания.

  1. Высокая скорость объемного тепловыделения позволяет минимизировать тепловые потерн на охлаждающей поверхности и, следовательно, достичь температуры, близкой к адиабатической температуре пламени.
  2. Высокая интенсивность смешения в камере сгорания служит средством получения равномерного распределения ионизируемых частиц и способствует их быстрому испарению.


Рис. 4.67. Парогенератор с вихревой горелкой и рециркуляционной камерой сгорания с повышенной теплонапряженностью и пониженной эмиссией загрязняющих веществ [102]:
а — продольный н поперечный разрезы парогенератора; на чертеже продольного разреза показана камера сгорания: на чертеже поперечного разреза показан водяной тракт:
1—вихревая горелка с большой интенсивностью закрутки потока; 2 —коническая входная секция камеры сгорании. 3 — модули теплообменной секции; 4— хвостовая секция камеры сгорания; 5 - сопла; 6 — каналы теплообменника; 7 — щели для вторичной подачи продуктов сгорания; 8 — охлаждаемое водой внутреннее кольцо; 9 — радиальные перепускные каналы; 10 — подвод холодной воды; 11— отвод горячей воды.
б — поперечный разрез; показано устройство каналов теплообменника: 1 — камера сгорании; 2 — распределительные каналы; 3 — сопла; 4 — спиральный канал; 5 — выхлоп продуктов сгорания; 6 -вторичные течения.
в — схема вихревой горелки с большой интенсивностью закрутки потока: 1 — коллектор продуктов сгорания; 2— камера смешении; 3 — насос; 4—закручивающее устройство; 5 — камера сгорания; 6 — форсунка для впрыска жидкого топлива; 7 — сопло для подмешивания воздуха в топливо; 8 — диффузор на выходе из закручивающего устройства.


Рис. 4.68а. Топочно-горелочное устройство для сжигания низкокалорийного угля:
1 — бункер с углем; 2 — транспортер; 3— угольная мельница; 4—насос; 5 — подогреватель; 6— топка, 7 — канал для подачи первичного воздуха и угля; 8 — канал для подачи вторичного воздуха; 9, 10 — завихрители потока вторичного воздуха; 11 —завихритель потока первичного воздуха [107]; 12 — горелочный камень (диффузор из огнеупора).

4. Конструкция позволяет расположить элементы, к точности изготовления которых предъявляются повышенные требования, например лопатки завихрители, вне зон высокой температуры в чистом потоке предварительно подогретого воздуха.

  1. При поступлении сильно закрученною в камере сгорания газа в дисковый МГД-генератор через выходной радиальный канал можно избежать отрыва пограничного слоя. Б то же время степень закрутки на входе в генератор остается высокой.

В работе [102] приведено подробное описание парогенератора с вихревой горелкой (рис. 4.67) с тепловой мощностью до 1 МВт, в которой используется рециркуляция продуктов сгорания. Эта система спроектирована по модульному принципу; в ней используется герметичная камера сгорания с большой теплонапряженностью (более 2,3 МВт/м2), сильной закруткой потока и рециркуляцией продуктов сгорания. Система позволяет работать с легкими нефтяными фракциями или природным газом при очень малых степенях избытка воздуха (менее 10 %) и позволяет организовать горение без выделений сажи с существенно сниженным уровнем эмиссии СО, термических оксидов азота, несгоревших углеводородов; кроме того, по сравнению с обычными парогенераторами значительно меньше уровень шума. Вполне возможно, что тип конструкции, предложенной в работе [102], будет повторен и улучшен другими проектировщиками и изготовителями.
В работе [103] описана вихревая горелка, предназначенная для сжигания влажного угля с низкой удельной теплотой сгорания (от 0,36 до 1,1 МДж/кг), подаваемого непосредственно с угольной мельницы совместно с большим количеством воздуха Полная схема устройства представлена на рис. 4.68а. В работе показано, что для воспламенения угля с низкой теплотворной способностью требуется, чтобы интенсивность массообмена с горячим газом в рециркуляционной зоне была значительно меньше, чем в случае сжигания угля с высокой теплотой сгорания.

Рис. 4.68б. Схема течения за вихревой горелкой для сжигании низкокалорийного угля:
1 — завихритель потока первичного воздуха с углем; 2— завихритель потока вторичного воздуха; 3 — внутренняя рециркуляционная зона; 4 — внешняя рециркуляционная зона; 5—распределение продольной скорости в сечении А—А; 6 — распределение радиальной скорости в сечении А.—А; 7 — линия нулевых значений продольной скорости; 8 — граница рециркуляционной зоны.

Поэтому в горелке имеется возможность регулировать в широких пределах уровень массообмена между зоной воспламенения и рециркуляционной зоной, что обеспечивается закруткой как вторичного воздуха, так и смеси угольной пыли с первичным воздухом. При сжигании угля с высокой теплотой сгорания оптимальные условия горения достигаются при большем значении параметра закрутки (S ≈0,65) и большем импульсе потока вторичного воздуха, в то время как при сжигании угля с низкой теплотой сгорания оптимальные условия горения получаются при меньших значениях параметра закрутки (S≈0,45) и равных импульсах потоков вторичного и первичного воздуха. К преимуществам таких систем относится также возможность избежать появления возмущении в виде прецессии вихревого ядра и соответственно избежать неустойчивости и больших потерь полного давления [ 104].
В последнее время уделялось значительное внимание вопросам сжигания газообразного топлива с низкой теплотой сгорания [69, 73]. Такие топлива можно разделить на две категории:  
1) топлива с теплотой сгорания, превышающей 3,5  МДж/м3;
2) топлива с теплотой сгорания, меньшей 3,5 МДж/м3. Сорт газообразного топлива, по-видимому, не оказывает существенного влияния на устойчивость пламени, а величина теплоты сгорания имеет определяющее значение.
Топлива с теплотой сгорания, превышающей 3,5 МДж/м3. можно сжигать, применяя незначительные модификации, позволяющие вовлекать в процесс большее количество газа, в большинстве существующих типов горелок, например в горелках эймейденского типа [72, 73]. Так, в работе [72] применялась модифицированная эймёйденская горелка, в которой низкокалорийный газ (с теплотой сгорания 4,6 МДж/мэ) подавался обычным образом в радиальном направлении за горловиной горелки, но через форсунку сильно увеличенных размеров; при этом параметр закрутки был равен 0,8.

Рнс. 4.69. Схема топочно-горелочного устройства для сжигания низкокалорийных отбросных газов )6Й].
Параметры устройства: расход отбросных газов приблизитеи»но равен 1.9 кг/С; расход воздуха приблизительно равен 0.92 кг/с; потери полного давления меньше 2.0 кПа; размеры: 0С - 1220 мм. Ое= 610 . . . 762 мм. Dy — 357 . . . 610 мы, L = 3200 ыы. / — тангенциальная подача отбросных газов в воздуха; 2 — аксиальная подача отбросных газов и воздуха; S — запальная горелке, работающая на природном газе; 4 — огнеупорная облицовка; 5 — лицевая стенка камеры сгорания.


Рис. 4.70. Вихревые горелки для совместного сжигания отбросных газов сажевого производства и природного газа [68, 71]:
а — первый вариант вихревой горелки:
1 — управляющий клапан, 2 - природный газ; 3 — воздух; 4 — отбросный газ и воздух,
б — модифицированный вариант вихревой горелки:
1—природный газ; 2 — воздух, параметр закрутки потока 0,2 < S < 0,4; 3 — отбросный газ и воздух с переменным параметром закрутки потока; 4—основная горелка для сжигания отбросного газа; 5 — форсунка для подачи природного газа, суммарная площадь отверстий эквивалентна плошали круга с диаметром 76 мм.

Аналогичные результаты получены в работе [73]. В зависимости от состава газа и скорости перемешивания возможна подача газа с закруткой через вторичный контур, а воздуха — через форсунку (при условии, что объем воздуха меньше объема газообразного топлива).
При сжигании топлив с теплотой сгорания, меньшей 3,5 МДж/м3, необходимо обеспечить хорошую теплоизоляцию системы, с тем чтобы гарантировать стабилизацию пламени как за счет рециркуляции, так и за счет прогрева тепловым излучением, отраженным от теплоизолированных стенок камеры сгорания [69, 71]. Используя такой метод, оказалось возможным [69—71] сжигать отбросные газы сажевого производства с теплотой сгорания 1,49 МДж/м3 (схема топки представлена на рис. 4.69). В целях повышения экономичности следует использовать вихревую горелку как можно больших размеров (чтобы перепад давлений был минимален), и, следовательно, требуется сделать как можно меньшим отношение Af/Ab. В работе [69] при значении Аf/Аb = 4 перепад давлений составил 2 кПа, параметр закрутки
S = 1. Как отмечалось выше, на устойчивость пламени основное влияние оказывает величина теплоты сгорания, а сорт топлива имеет второстепенное значение. Это положение иллюстрируют данные работы [69], в которой показано, что аналогичное протекание процесса горения и аналогичные распределения температур получаются как при сжигания отбросных газов сажевого производства, так и при сжигании природного газа, разбавленного значительным количеством воздуха до тех же значений теплоты сгорания.
В системах по сжиганию газовых отходов, изображенных на рис. 4 70 использован описанный выше принцип стабилизации пламени в топочно-горелочном устройстве [69, 71]. Эти системы были использованы на заводах по производству сажи в сушильных аппаратах взамен горелок, работающих на природном газе. Дополнительное сжигание некоторого количества природного газа необходимо здесь, чтобы компенсировать колебания состава газовых отходов и обеспечить постоянный поток тепла на выходе. В этой горелке можно сжигать газовые отходы с калорийностью, меньшей 1,8 МДж/м3, поскольку при этом факел пламени не выходит за пределы горелки. В других описанных выше системах зона горения целиком сосредоточена внутри топки.



 
« Дискуссия по поводу взрывобезопасности систем пылеприготовления   Защита генераторных цепей мощных энергоблоков от перенапряжений »
электрические сети