145803 (Вихревые горелки), страница 5

Сравнение границ зоны обратных токов при различных значениях параметра закрутки в потоке с горением предвари­тельно перемешанных компонент приведено на рис. 4.4. При увеличении параметра закрутки от 0,7 до 1,25 увеличиваются как ширина, так и длина зоны. То же самое должно наблю­даться и в изотермическом потоке, т. е. с ростом параметра закрутки длина зоны обратных токов должна увеличиваться. Следует заметить, что за лопаточным завихрителем без втулки: зоны обратных токов длинные и узкие, и потому та­кие завихрители обычно не применяются. За кольцевым лопа­точным завихрителем зона обратных токов при тех же пара­метрах закрутки значительно шире и короче. Для стабилиза­ции пламени весьма желательно, чтобы зона обратных токов была короткой и компактной, поскольку в длинной зоне рециркуляция холодных продуктов сгорания приводит к уменьшению полноты сгорания и сужению пределов срыва пламени. На характеристики течения за вихревой горелкой, так же как на характеристики изотермического течения, влияет степень стеснения потока, причем определяющими здесь являются такие параметры, как отношение диаметра горелки к диаметру топки, коэффициент избытка воздуха и выходной диаметр топки. При достаточно высоких интенсивностях закрутки в потоке с горением, так же как и изотермическом потоке, образуется пристенная веерная струя, периферийная рециркуляционная зона исчезает и пламя прилипает к лицевой стенке камеры. Этот эффект должен иметь место при параметрах закрутки

S > 1.5, в то время как при S=1.25 еще существует периферийная рециркуляционная зона.

В топках с вихревой горелкой можно сжигать газовые отходы обладающие очень низкой теплотой сгорания: для этого необходимо топку облицевать огнеупорным материалом и хорошо теплоизолировать.

9.ПРЕДЕЛЫ СРЫВА И УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛАМЕНИ

В промышленных горелках, работающих на различных газообразных и жидких топливах, типичное значение параметра закрутки лежит в диапазоне 0.8

Одно из основных преимуществ стабилизации пламени с помощью закрутки по сравнению с другими способами состоит в значительном расширении пределов срыва пламени. Роль закрутки факела с отношением воздух/топливо, близким к стехиометрическому, состоит в перемешивании топлива и воздуха. В факеле без закрутки характеристика срыва на богатом пределе вблизи значений эквивалентного отношения, , очень крутая. По этой причине незначительные изменения коэффициента избытка воздуха или состава топлива могут привести к срыву пламени. Закрутка приводит к смещению срыва на богатом пределе в область меньших коэффициентов избытка воздуха и обеспечивает нечувствительность к случайным флуктуациям состава топлива и коэффициента избытка воздуха.

Срывные характеристики зависят от вида горения. При горении предварительно перемешанных компонент пределы срыва сужаются. В длинной тонкой рециркуляционной зоне, образующейся за лопаточным завихрителем без втулки, в рециркуляционное движение вовлекаются холодные продукты сгорания, что значительно понижает отношение (объем воздуха/объем топлива) для срыва на бедном пределе даже при незначительных расходах топлива. Характеристики срыва на бедном пределе в потоке с завихрителем с углами установки лопаток 30 и 45 (S=0.39 и 0.72 соответственно) существенно лучше, чем в потоке за завихрителем с лопатками, расположенными под углом 60 (S=1.6), где образуется очень длинная тонкая рециркуляционная зона. Также обнаружено, что при формировании более короткой рециркуляционной зоны получается довольно неплохая характеристика срыва на бедном пределе с диапазоном изменения коэффициента избытка воздуха от 6 (при малых Re) до 2.5 (при больших Re). Существует связь между характеристикой срыва на бедном пределе, температурой на границе рециркуляционной зоны в области, примыкающей к завихрителю, и средним значением модуля скорости в выходном сечении завихрителя.

10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИХРЕВЫХ ГОРЕЛОК

Из изложенных выше материалов ясно, что пока невозмож­но сформулировать общие методы проектирования вихревых горелок различного назначения. Можно, однако, сформулиро­вать следующие рекомендации в помощь проектировщикам:

1. Для создания потока с параметром закрутки S < 0,7 до­статочно эффективен кольцевой плосколопаточный завихритель, который имеет простую конструкцию и позволяет получить удовлетворительное распределение параметров.

2. Для закрутки потоков до интенсивности, характеризую­щейся значениями параметра S от 0,7 до 0,8, плосколопаточ­ный завихритель является значительно менее эффективным устройством, поскольку большой угол ата­ки или наклона лопаток приводит к отрыву потока. Длинная тонкая рециркуляционная зона может оказаться менее пригод­ной для стабилизации пламени, чем рециркуляционные зоны за закручивающими устройствами других типов.

3. Для создания потока с параметром закрутки S > 0,8 ре­комендуется использовать закручивающее устройство с танген­циальным подводом или завихритель с профилированными ло­патками (изогнутыми для того, чтобы уменьшить потери на отрыв). В системе с аксиальным подводом желаемую степень закрутки можно получить, пропуская необходимое количество газа через лопаточный завихритель. Если же используется тангенциальный подвод, то для получения симметричного тече­ния необходимо выпустить поток через ряд отверстий (по меньшей мере через четыре). В закручивающем устройстве с тангенциальным подводом диаметр горловины должен рав­няться половине внешнего диаметра, т.е. D_e/D_o = 0,5, что по­зволяет свести к минимуму потери полного давления.

4. На горелку необходимо устанавливать диффузорную над­ставку из огнеупора, при этом следует руководствоваться пра­вилом:

S > 0,5: полуугол раскрытия диффузора от 20° до 35°;

S < 0,5: полуугол раскрытия диффузора от 20° до 25°;

длина надставки (для получения факела типа II) L_дифф = 0,5D_е.

Диффузор на выходе существенно увеличивает размеры приосевой рециркуляционной зоны при всех интенсивностях за­крутки.

5. Для получения факела типа I в горелке с диффузорной надставкой с полууглом раскрытия от 20° до 35° в целях обеспечения хорошей устойчивости пламени необходимо пода­вать газообразное топливо со скоростью, примерно втрое пре­вышающей скорость воздуха. Тепловая нагрузка может быть значительно увеличена за счет удлинения диффузорной над­ставки до длины L_дифф = 1,5D_e. Следует придерживаться ре­комендации 3, но для получения факела типа I лучше не ис­пользовать лопаточные завихрители, поскольку в этом случае газовая струя горящего топлива не сможет пробить рециркуляционную зону.

6. Следует проявлять осторожность при использовании вих­ревых горелок с диффузорной надставкой в топках с большим стеснением факела или в ситуациях, когда горелки располо­жены близко друг к другу. Экспериментальные данные позво­ляют предположить, что приосевая рециркуляционная зона пропадает при A_f / A_b → 4 (S ≈ 1). Таким образом, в указан­ных ситуациях предпочтительнее горелки с цилиндрической вы­годной частью, за которыми образуются рециркуляционные зоны с интенсивным движением в них.

7. Горелки с тангенциальным подводом не годятся для сжигания предварительно перемешанных газообразного топли­ва и воздуха, поскольку в них пламя может легко распростра­няться вверх по потоку от мест подвода (исключения состав­ляют газообразные топлива с низкой теплотой сгорания - ме­нее 3 ... 4 МДж/м³). Предварительно перемешанные газооб­разное топливо и воздух можно сжигать в горелках с лопа­точными завихрителями.

Влияние вида топлива (уголь, нефть, синтетическое топли­во) на характеристики вихревой горелки опять-таки трудно параметризовать, но можно указать следующую основную за­кономерность: длина факела возрастает при последовательном переходе от газообразных топлив к легким жидким топливам (бензин), от них к тяжелым жидким топливам (мазут, некото­рые синтетические топлива) и, наконец, к распыленному углю. Такая последовательность отражает уменьшение испаряемости топлива. При сжигании распыленного угля обычно необходимо использовать в качестве носителя около 20 % подаваемого воз­духа. При сжигании мазута необходимо для стабилизации пламени добавлять к форсунке дисковый стабилизатор.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Парогенераторы промышленных предприятий.

Л. Н. Сидельковский, В. Н. Юренев.

1. Теория горения и топочные устройстваю

Д. М. Хазмалян, Я. А. Каган.

1. Закрученные потоки.

А. Гупта, Д. Лилли, Н. Сайред.

3