Рис. 5.4В. Общие схемы вихревых топок и котельных агрегатов:
а — устройство мощностью 1 ГВт (Равенсвуд. США), имеющее два котла, каждый из которых снабжен двойной топкой тепловой мощностью 1.23 ГВт каждая; 6 — устройство мощностью 500 МВт (Видоуз-Грик, США), имеющее котел с двумя раздельными топочными камерами тепловой мощностью 710 МВт каждая.
Появление вихревых топок является результатом решений проблем, встретившихся при создании больших циклонных камер сгорания и топок, содержащих 30 и более горелок. Большие циклонные камеры дороги в изготовлении из-за их цилиндрической формы, а также из-за сложностей, связанных с сохранением динамического, кинематического, теплового и химического подобия и распределения температуры стенки при переходе от маленьких циклонов к большим. Прямоугольную конструкцию больших размеров изготовить дешевле и проще. Факелы группы горелок ориентированы тангенциально к окружности с диаметром, составляющим, как правило, 0,1....0,2 ширины топки. Общая схема показана на рис. 5.48. Рециркуляционные вихри образуются между основными вихрями и углами топки.
Рис. 5.49. Схемы типичных вихревых топок:
а — квадратная с усеченными углами; б — прямоугольная с горелками на длинных сторонах; в — прямоугольная с горелками на коротких сторонах; г — с горелками, смещенными от углов; д — в виде правильного восьмиугольника; е—в виде правильного двенадцатиугольника.
Вихревая топка обеспечивает получение ряда преимуществ, присущих циклонной камере, например длительное время пребывания, однако эффективность сепарации частиц снижается. Дополнительное преимущество заключается в том, что пламя может занимать фактически весь объем топки.
Вихревые топки широко используются во всем мире для сжигания топлив многих типов, включая антрацит, битумизированный уголь, бурый уголь, нефть, газ. Среди различных топлив предпочтение отдается твердым топливам
Вихревые топки могут иметь различную форму; на рис. 5.49 показаны сечения наиболее употребимых отдельных топочных камер [158].
Во всех схемах показаны диагонали воображаемых квадратов прямоугольников, многоугольников, в углах которых расположены горелки. В центре каждого cечения показаны также воображаемые окружности диаметром d и касательные к ней, проведенные из центров горелок.
По этим касательным по токи распыленного топ лива и воздуха направляются из горелок к центру.
На рис. 5.51 показано типичное распределение окружной скорости в горизонтальном поперечном сечении топки в плоскости расположения горелок четвертого яруса.
Рис. 5.51. Распределение окружной скорости в вихревой топке в изотермических условиях:
а — для четырех каналов подачи первичного воздуха через вертикальные щели размером 195 x 400 мм, б—поля скорости в струе, выходящей из одной горелки, для различных расстояний от выхода горелки вдоль ее оси. Отношение длин сторон топка равно 1,2.
Рис. 5.52. Улучшение заполнения полости вихревой топки при включении трех ярусов горелок (котел производительностью 912 т/ч в устройстве мощностью 300 МВт) [97]:
а — один ярус; б — три яруса.
Максимальное значение окружной скорости имеет место на окружности, диаметр которой значительно больше d, а ее величина составляла 15.........35 % скорости на входе. Падение скорости потока входных каналах горелки можно рассчитать с помощью теории свободных струй. В некоторых случаях не формирует четкое круговое движение, а получаются зоны окружной скорости, напоминающие параллелограммы.
