Диссертация (781919), страница 28
Текст из файла (страница 28)
При этом в плоскости сечения каждого яруса образуется кольцевой вихревой факел, распространяющийся вдоль топочной камеры. Несмотря на то,что при такой схеме сжигания топлива происходит заброс части области активного горения вхолодные воронки, это не приводит к нарушению структуры факела. В то же время увеличенная высота холодной воронки позволяет использовать твердое шлакоудаление, так как дымовыегазы достигают ее устья уже достаточно охлажденными.Отличительной чертой разработанного котельного агрегата является способ организациишлакоудаления, предполагающий равномерное размещение множественных холодных воронокпо всей длине топочной камеры. По это причине возникают сложности с экранированием нижней стены топки, так как наиболее очевидное решение – перенос необходимой площади теплообмена из области холодных воронок на боковые стены и потолок – приводит к значительномуувеличению длины котельного агрегата.
Применение другого подхода – расположение над холодными воронками дополнительной поверхности теплообмена, выполненной в виде разреженного трубного пучка – затруднительно по причине ее неизбежного интенсивного зашлаковывания. Таким образом, наиболее целесообразным представляется экранирование всех стен холодных воронок, несмотря на возникающую необходимость в сложной системе перепускных трубопроводов и сопутствующее возрастание гидравлического сопротивления пароводяного тракта.Установка экранных панелей на стенах холодных воронок позволила получить топочнуюкамеру умеренной длины, которая за счет возникновения дополнительных площадей оказывается несколько меньше, чем ее высота при вертикальном расположении.
Общая длина котельного агрегата с учетом хвостовых поверхностей нагрева составила 85,5 м, и строительная площадь, необходимая для его размещения, приблизительно в 2 раза больше, чем в случае использования традиционных компоновочных решений. Однако при этом выходные коллекторы пароперегревателей оказываются на отметке 34,5 м, что позволяет сократить протяженность высокотемпературных трубопроводов почти вдвое. Кроме того, имеется принципиальная возможность установки коллекторов в нижней части трубных пакетов конвективных поверхностейтеплообмена, в результате чего они окажутся на уровне 16 м. При этом суммарная протяженность трубопроводов острого и вторичного пара сокращается почти вчетверо по сравнению страдиционными вариантами исполнения котельного агрегата.1743.3.3 Расчетно-экспериментальные исследования топочной камеры котла горизонтальной компоновкиВ большой степени экономичность и надежность работы котельного агрегата, а также егоэкологические характеристики определяются конструкцией топочно-горелочного устройства.При проектировании топочной камеры рассматриваются ключевые вопросы, в частности выбирается способ шлакоудаления, размещение и исполнение горелочных устройств, рассчитывается длина топочной камеры, необходимая для полного выгорания топлива и охлаждения продуктов горения до заданной температуры, определяются аэродинамические характеристики, распределение температур дымовых газов в топке и рабочей среды в поверхностях нагрева.
Важнейшим вопросом является выбор и обоснование способа сжигания топлива, оказывающегосущественное влияние на конструкцию котельного агрегата.Основной целью расчета топочной камеры является определение ее габаритных размеров, вчастности высоты, необходимой для охлаждения дымовых газов до заданной температуры,определение расположения горелочных устройств и распределения температур продуктов сгорания по высоте топочного объема.По причине малой длины факела при встречном расположении горелок ширина топки a недолжна превышать 10 м, в противном случае в центральной части топочного объема будетнаблюдаться существенное снижение тепловыделения. Соответственно, целесообразно развивать горизонтальную топочную камеру в высоту, по возможности размещая дополнительныегорелки в рамках одного яруса, а не увеличивать их количество.
Полученный таким образомконструктивный профиль топочной камеры представлен на рисунке 3.15.Глубина топочной камеры b с учетом того, что для четырех ярусов поправка на число ярусов φя = 1,45, составит 14,7 м. Отклонение этого значения от конструктивно выведенного размера 24 м составляет 38,75 %, следовательно, данная конструкция топки в значительной степени расходится с опытом проектирования котельных агрегатов.
К тому же она усложняет исполнение и размещение трубных пакетов ширмового пароперегревателя и конвективных поверхностей теплообмена, а также может приводить к увеличению площади, занимаемой всей установкой. Таким образом, можно сделать вывод, что рассматриваемое конструктивное решение сприменением вихревых горелок для топочной камеры не является оптимальным и следует рассмотреть возможность использования прямоточных горелочных устройств.175Рисунок 3.15 – Топочная камера горизонтального котельного агрегата со встречным расположением вихревых горелок При тангенциальном расположении прямоточных горелок в центре поперечного сечениятопочной камеры формируется вихрь, в области которого происходит наиболее интенсивныйпроцесс горения.
С целью обеспечения течения такой структуры при традиционном подходе кпроектированию котельных агрегатов горелочные устройства размещаются на всех четырехстенах топки таким образом, чтобы их оси были направлены по касательной к воображаемойокружности, находящейся в ее центре и имеющей диаметр D ≈ 0,3·b.
При этом для формирования вихря поперечное сечение топочной камеры по форме должно быть максимально близко кквадрату. Учитывая данные соображения, а также указания по размещению горелок, можно получить конструктивный профиль топочной камеры, показанный на рисунке 3.16. Глубина и ширина такой топки согласно рассчитанной ранее площади сечения b = a = 18 м.Выходное сечение прямоточной многощелевой горелки показано на рисунке 3.17.
Топливоподается по нескольким прямоугольным каналам 1, а подача вторичного воздуха осуществляется по внешней схеме через канал 2. Характерным размером горелочного устройства в данномслучае является bг = 1580 мм.В случае с горизонтальным котельным агрегатом нельзя использовать традиционную тангенциальную схему расположения горелок. Поскольку нижняя стена топки образована экранированными скатами холодных воронок, возможность размещения на ней горелочных устройствполностью отсутствует.
Однако, по предварительной оценке, установки горелок на остальныхтрех стенах – на двух боковых и на потолке – может оказаться достаточно для формированияустойчивого вихря.176 Рисунок 3.16 – Топочная камера горизонтального котельного агрегата с тангенциальным расположением прямоточных горелок Рисунок 3.17 – Выходное сечение прямоточной многощелевой горелкиПри горизонтальном положении топочной камеры также невозможно расположить нижнийряд горелок на расстоянии 4-5·bг от начала ската холодной воронки. Если все же выдержать заданную высоту, сечение топки теряет квадратную форму, ее потолок сужается, в результате че-177го теряется возможность разместить на нем нужное количество горелочных устройств и их тангенциальная компоновка становится нереализуемой. Однако, очевидно, что необходимость втаком высоком расположении нижнего ряда горелок определяется достаточным для твердогошлакоудаления охлаждением дымовых газов, которое можно обеспечить также путем завышения холодных воронок.Поставленные выше вопросы о возможности формирования центрального вихря в горизонтальной топочной камере и высоте холодной воронки, которая потребовалась бы при этом длязаданного охлаждения дымовых газов, можно разрешить с использованием методов численногомоделирования.
Поскольку прямоточные горелочные устройства обеспечивают устойчивое горение только при совместной работе, то необходимо моделирование всей зоны расположениягорелок. При моделировании горелочных устройств были приняты допущения – через поверхность заданной площади подавались смесь первичного и вторичного воздуха и угольные частицы с равномерно распределенным по ней расходом.
Настройки и граничные условия для проведения расчета представлены в таблице 3.4.Таблица 3.4 – Граничные условия для проведения численного моделирования первой зоны топочной камеры горизонтального котельного агрегата с тангенциальным расположением горелокПараметрЗначениеВход по топливуРасход топлива2,54 кг/сТемпература447 КРаспределение диаметров частицrosin-rammlerВход по смеси первичного воздуха и дымовых газов и вторичному воздухуРасход13 кг/сТемпература530 КОбъемное содержание кислорода0,21Стены топкиТепловой поток195900 Вт/м2Эпюры векторов скоростей и поля температур, представленные на рисунке 3.18, свидетельствуют о том, что при тангенциальном расположении горелок даже при их отсутствии на однойиз стен топочной камеры в центре ее поперечного сечения формируется достаточно устойчивыйвихрь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
