Диссертация (1143428), страница 30

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 30)

Далее скорость по оси струи уменьшается и становитсяравной скорости сносящего потока. На рисунке 3.7 для примера показанырасчетные траектория и границы горелочной струи котла ПК-24 (без надгорелочного козырька) при следующих начальных условиях: Т0 = 635 K,W0 = 5 м/с, (b0 = 0,15); Тп = 1700 K.Поле скоростей в областях, не охваченных I…V, рассчитывалось путемлинейной аппроксимации составляющих скорости (в направлении осей х и y)между соответствующими значениями на границах ближайших соседних областей. При этом скорость на ограждающих поверхностях топки принималась равной нулю.По изложенной методике составлен алгоритм и программа расчета, проведены ее отладка, тестирование и расчеты, которые позволили получить поле скоростей в НТВ-топке котла ПК-24, (рисунки 3.9, 3.10) и использоватьего для расчета траекторий движения горящих коксовых частиц переменноймассы.

Модель позволяет получить вектор W в любой точке топочной камерыи замкнуть баланс расходов в сечениях по координатным осям.156а)Рисунок 3.9 – Расчетноевекторное поле скоростейв НТВ-топочной камерекотла ПК-24 ИТЭЦ-10(Wгор = 15 м/с; Wнд = 50 м/с)б)Рисунок 3.10 – Проекции векторов скоростейгазовых потоков в НТВ-топке котла ПК-24на оси координат в некоторых сеченияхИзложенный подход дает возможность расширить область примененияразработанной математической модели течения газовых потоков в топке котла для другой геометрии топочных камер, определив по единичным замерамграницы характерных зон “горячей” аэродинамики этих потоков, а также неисключает использования в разработанной модели результатов расчетов аэродинамики топочной камеры, полученных в других программных продуктах(рисунки 3.11...3.13).157Рисунок 3.11 – Узловые точки длярасчета аэродинамической картины теченийв НТВ-топке котла ТП-35У (Ansys Fluent)а)Рисунок 3.12 – Векторы скоростигазовоздушных потоковв НТВ-топке котла ТП-35Уб)Рисунок 3.13 – Векторы скорости газовоздушных потоковв сечениях НТВ-топки котла ТП-35У:а – по оси горелки; б – в сечении между горелками1583.1.2 Движение и разрушение частиц полифракционного топливаСтрогий расчет движения твердой частицы даже в плоском газовом потоке вызывает определенные трудности, т.к.

связан с решением системы нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка. В общем случаевозможно только численное решение такой системы.Движение частицы в общем случае описывается уравнением Мещерскогоk   d mdVm  P i  (W p  V ),d  i1d(3.18)которое учитывает переменность массы частицы m, движущейся со скоростью V , суммарное воздействие всех сил Pi и реакцию масс, отбрасываемыхот частицы со скоростью Wp.Совокупность сил Pi , действующих на частицу, двигающуюся в потоке,состоит более чем из 15 сил [218, 505], основные из которых:сила аэродинамического сопротивления потоку (лобового сопротивления) Рс;сила Архимеда РА;сила, связанная с градиентом давления несущей среды РДС;вес частицы РВ;сила Магнуса-Жуковского РМ;сила термофореза РТ;силы, связанные с ускорением частицы (присоединенной массы РП, Бассе РБ);силы пульсационного характера.Поведение твердых частиц в несущем газовом потоке в первую очередьопределяется силой межфазного взаимодействия (гидродинамического сопротивления).

Так как плотность газового потока г существенно меньше плотности материала частиц ч, то силы, обусловленные нестационарностью или неоднородностью движения (эффект присоединенной массы и сила Бассе),можно не учитывать. Вклад градиента давления (сила Архимеда) в межфазноевзаимодействие в случае г/ч  1 играет заметную роль только при относительно больших концентрациях твердой фазы в потоке, а при малых действием силы Архимеда также можно пренебречь. Силы, вызванные турбулентными пульсациями потока, молекулярными и диффузионными явлениями, электрофорезом и термофорезом и т.д. можно не рассматривать ввиду малости.159Расчеты траекторий движения частиц производились путем численногорешения уравнения движения, учитывающего влияние двух основных сил аэродинамического сопротивления и тяжести, а также переменность массы иразмера частицы и записанного в проекциях на оси декартовой системы координат [513]: dVx cf г222 m d   2 Wx  Vx  (Wx  Vx )  (Wy  Vy )  (Wz  Vz ) dVy cf гWy  Vy  (Wx  Vx ) 2  (Wy  Vy ) 2  (Wz  Vz ) 2m,2 d dVz cf г222 m d   2 Wz  Vz  (Wx  Vx )  (Wy  Vy )  (Wz  Vz )  mg(3.19)где V и W – скорости частицы и газового потока; m, f – соответственно масса иплощадь миделева сечения частицы; г – плотность газового потока; с = f(Re) –коэффициент сопротивления горящих частиц, рассчитываемый по выражению: 24/Rec(Re)   24/Re  4/ 3 0,48при Re 1Re при 1  Re  103.при 2 104  Re  2 105(3.20)В случае подачи в топку частиц неправильной формы диаметр шара,эквивалентного по объему, вычислялся по зависимости экв  3 6abc /  ,(3.21)а диаметр шара, аэродинамически подобного частице, по формуле аэкв 1,125,1 a 1 b 1 c(3.22)где a, b, c – характерные линейные размеры частицы неправильной формы.Размер самой крупной частицы δ01 определяется из соотношения1/ n 01   m / b ,(3.23)160где m – параметр, принимаемый равным 6,9.

При этом размер самой крупнойчастицы равен диаметру отверстий такого сита, на котором остаток составляет 0,1 % массы при сжигании угольной пыли и 1 % массы при сжигании грубо размолотого и дробленого топлива.Данные о геометрии топки задаются координатами точек, на которых изпрямых линий строится замкнутый контур, ограничивающий топку. Каждомуиз полученных отрезков присваивается характеристика: “0” – вход или выходиз топки (выходное окно, устье топочной воронки); “1” – стена топки. Послекаждого интегрирования системы уравнений движения проводилась поочередная проверка отрезков, ограничивающих контур топки, на пересечение страекторией движения частицы.

Если на очередном шаге интегрированияпроизошло пересечение траектории движения частицы с одним из отрезков ипри этом отрезок имел характеристику “1”, то рассчитывался удар частицы остену. При расчете удара осуществлялся поворот системы координат поформулам преобразования координат и делался пересчет проекций скоростис учетом коэффициентов потери скорости: Сн =  0,2 по нормали и Ск = 0,9 покасательной к поверхности удара. Если траектория частицы пересекала отрезок с характеристикой “0”, то это означало, что частица покинула топочнуюкамеру. В этом случае расчет движения частицы заканчивался и начиналосьсуммирование потерь, вызванных механической неполнотой сгорания.Механическая неполнота сгорания (Q4) образуется от потерь теплоты,связанных с неполнотой сгорания углерода кокса:rrr13 100  W  V  AQ4  4  N i QC rч,i, кВт,3100i 1N(3.24)где QC – теплота сгорания углерода кокса, кДж/кг. При этомq4 = 100Q4/(Qri B), %.(3.25)Сравнение расчетных траекторий движения с экспериментальными, полученными на котле БКЗ-210-140ф Тюменской ТЭЦ (ст.

№ 12) с НТВ-топкойгде траектории становились видны за счет горящих опилок, смоченных в керосине) показало их хорошее совпадение как на начальном участке развитиягорелочной струи, так и в объеме низкотемпературной вихревой топки (см.на рисунке 3.14 в одинаковом для наблюдателя ракурсе),161а)б)в)г)Рисунок 3.14 – Сравнение расчетных и экспериментальныхтраекторий движения частиц в НТВ-топке котла БКЗ-210-140ф:а, б  расчетные траектории частиц (котел БКЗ-210-140ф Кировской ТЭЦ-4);в, г  экспериментальные траектории частиц (котел БКЗ-210-140ф Тюменской ТЭЦ):а, в  развитие горелочной струи на начальном участке; б, г  движение в НВЗ НТВ-топкиПри расчете учитывалось разрушение частиц топлива при ударе о поверхности нагрева по зависимости Н.Н.

Синицына [218]:Vкр = (13,682 + 4,410-6Тп  265,8  8,6710-5Т2)  exp((4,410-4 + 9,110-15 Т 4,19  1,4810-12Tп4,19)),(3.26)где  – диаметр частиц, м; Тп – температура потока газов, K. Разрушениечастицы происходит в момент, когда ее скорость Vчаст станет равной илибольше критической скорости Vкр = f(d,Tп,) при ударt частицы об ограждающую поверхность.162По изложенной методике составлен алгоритм и программа расчета,проведены ее отладка и расчеты,позволившие получить траекториидвижения частиц в НТВ-топке котлаПК-24 и оценить характеристики сепарации частиц в первичной (разворотгорелочной струи вдоль заднего экрана) и вторичной (аэродинамическиекозырьки для снижения величины механического недожога топлива) зонахсепарации.Частицытоплива,размером < 60010-6 м, минуя НВЗ, попадают впрямоточную часть факела, а болеекрупные частицы ( > 60010-6 м), разворачиваясь у задней стены топки,попадают в НВЗ, где происходит ихгорение в условиях циркуляции (зонапервичной сепарации) (рисунок 3.15).Крупные частицы выгорают в НВЗ дотого момента, когда сила аэродинамиРисунок 3.15 – Расчетные траектории ческого сопротивления станет большесилы тяжести, что приведет к выносудвижения не реагирующих шаровыхчастиц в топочной камере котлаих из НВЗ в прямоток.ПК-24 ИТЭЦ-10Сепарацию таких частиц при раз(  1 = 5,510-4 м;     2 = 6,510-4 м;  3 = 1,610-3 м;   4 = 2,710-3 м; гоне их в струе нижнего дутья обеспечастиц = 1200 кг/м3; дв = 10 с)чивает надгорелочный козырек (зонавторичной сепарации).

Сепарационноевлияние верхнего козырька заключается в увеличении пути, проходимогомелкими частицами в прямоточной части факела, путем придания этой частифакела -образной траектории, что способствует снижению механическогонедожога топлива. Для правильного отражения гранулометрического составаисходного топлива проведен анализ способов учета полидисперсности состава дисперсной фазы при расчете различных физико-химических процессов.С некоторой степенью условности все известные методы можно разделить на28.1526.1424.1322.1220.1118.116.0914.0812.0610.058.046.034.022.010023.995.997.98163две группы: к первой следует отнести способы, в основе которых лежит разбиение всего спектра частиц на отдельные фракции с последующим расчетомдинамики каждой фракции в отдельности; ко второй группе можно отнестиметоды, основанные на определении плотности вероятности распределениячастиц по размерам с расчетом эволюции всей системы частиц в целом.

Причисленном решении задач, связанных с горением твердого топлива, как правило, используются методы, относящиеся к первой группе.В первой группе могут быть выделены два способа представления и учета полидисперсности – лагранжев и эйлеров. Лагранжев способ предполагаетразбиение всей системы частиц на несколько монодисперсных фракций, причем количество частиц каждой фракции не изменяется вплоть до полного ихвыгорания (исчезновения), но в процессе горения изменяется размер каждойфракции. В эйлеровом подходе производится разбиение всего спектра частицна отдельные фракции с фиксированными границами размеров, в каждой изкоторых распределение частиц по размерам считается известным (как правило, принимается равномерное распределение по массе); однако, посколькуграницы фракций фиксированы, средний размер каждой фракции остаетсянеизменным, а изменяется по мере выгорания число частиц во фракцияхвследствие перехода их в фракции с меньшими размерами.В разработанной методике использован лагранжев способ как наиболееточный при описании процесса горения крупных частиц [511].

Характеристики

Список файлов диссертации