Диссертация (781919), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Во вторую и третью холодную воронку(2 на рисунках 3.25 и 3.26) выпадает меньшее количество частиц, однако, проводя аналогию сполноразмерным котлом, обе они расположены в зоне сниженных, по сравнению с температурой газа в области первой холодной воронки, температур, где уже не предполагается организация шлакоудаления.186Также выявленным по результатам численного эксперимента недостатком конструкции холодных воронок является появление вторичного вихря между второй и третьей воронкой. Данное вихревое образование является источником потерь и характеризует низкую работоспособность предложенного варианта организации шлакоудаления. Картина течения в области вторичного вихря (3 на рисунке 3.26) обусловлена срывом потока с угла, разделяющего первую ивторую холодные воронки, и соударением частиц с наклонной стенкой второй холодной воронки с последующим разделением потока на две части: одна часть направляется к гидрозатворухолодной воронки, вторая – поднимается наверх, где в результате взаимодействия с основнымпотоком образуется вторичное течение.В итоге полученный характер движения частиц при приложении его к работе полноразмерного котельного агрегата может привести к следующим последствиям:- фронт горения будет располагаться в нижней части топки, что приведет к неравномерному распределению теплового потока по сечению;- значительная часть частиц будет выпадать в первую холодную воронку, что приведет крезкому возрастанию механического недожога;- возрастут аэродинамические потери в силу появления крупных вторичных вихревых образований.Таким образом, базовая конфигурация холодных воронок не является оптимальным вариантом с точки зрения минимума потерь энергии и создания нормальных условий для горениятоплива и движения горячих газов по газоходу котла, а, следовательно, потребовалось провестидополнительные исследования с целью разработки конструкции холодных воронок без указанных недостатков.Для усовершенствования конфигурации топки три поперечные холодные воронки были заменены на две продольные.
3D-модель внутреннего объема модели горизонтальной топки сдвумя продольными воронками представлена на рисунке 3.27. Решение основано на анализерезультатов численных экспериментов на базовой модели.Новая конструкция топки призвана исключить возникновение крупных вторичных вихревых течений во внутритопочном пространстве и снизить тем самым аэродинамические потери.Отсутствие по сравнению с базовым вариантом острых кромок соединений холодных воронок,ориентированных перпендикулярно вектору потока воздуха, предотвращает отрыв потока отстенок топки и столкновение оторванного потока со стенками холодных воронок.Также новая конструкция холодных воронок исключает появление крупных застойных зон,непосредственно контактирующих с основным потоком воздуха в центре топки.
Часть потока,попадая в продольные холодные воронки, движется параллельно продольной оси и затягиваетсяосновным потоком в центральную (верхнюю) часть топки.187Продольные холодныеворонкиРисунок 3.27 – 3D-модель внутреннего объема модели горизонтальной топки с двумя продольными холодными воронкамиДля проверки сформулированной гипотезы были произведены численные эксперименты сграничными условиями, аналогичными численным экспериментам № 1-4. Результаты численных экспериментов на новой модели топки представлены в таблице 3.7 и на рисунках с 3.28 по3.33.Таблица 3.7 – Результаты численного эксперимента по воздушной продувке топочной камерыгоризонтального типа с двумя продольными холодными воронкамиЧисленный эксперимент № 5, 7Результаты экспериментаМассовый расход воздуха, кг/с1,354Скорость воздуха на выходе из горелок, м/с13Скорость воздуха на выходе из прямоточной камеры3,65топки, м/сПараметрЧисленный эксперимент № 6, 81,855185,75188Рисунок 3.28 – Эпюры скорости потока воздуха с визуализацией линий тока в модели горизонтальной топки котла с продольными холодными воронками(численный эксперимент № 5)а) между вторым и третьим рядами горелокб) после четвертогоряда горелокв) поперечное сечение навыходе из топочной камерыРисунок 3.29 – Эпюры статического давления потока воздуха в поперечных сечениях моделигоризонтальной топки котла с продольными холодными воронками(численный эксперимент № 5)189Рисунок 3.30 – Эпюра скорости потока воздуха с визуализацией линий тока в модели горизонтальной топки котла с продольными холодными воронками(численный эксперимент № 6)а) между вторым и тре- б) после четвертого яру- в) поперечное сечение натьи ярусами горелокса горелоквыходе из топочной камерыРисунок 3.31 – Эпюры статического давления в поперечных сечениях модели горизонтальнойтопки котла с продольными холодными воронками(численный эксперимент № 6)190Рисунок 3.32 – Эпюра скорости потока воздуха с визуализацией линий тока с включеннымитвердыми частицами (численный эксперимент № 7)Рисунок 3.33 – Эпюра скорости потока воздуха с визуализацией линий тока с включеннымитвердыми частицами (численный эксперимент № 8)Результаты численных экспериментов, представленные на рисунках с 3.28 по 3.31, позволяют сделать вывод о значительном снижении размера и числа вторичных течений в топке спродольными холодными воронками.
Аналогично базовому варианту сохраняется устойчивоевихревое течение в центральной части топки. Однако, как и в модели топки с поперечными холодными воронками, ядро вихря неустойчиво и его центр изначально значительно смещен влево от центра топки, а затем меняет свое положение в процессе развития течения (по длине топ-191ки). Анализ данных, представленных на рисунках 3.32 и 3.33, показывает, что новые холодныеворонки не решили проблему с выпадением значительного количества твердых частиц в холодную воронку.Решение данной проблемы требует поиска новых решений по организации сжигания топлива и внесения изменений в положение и угол наклона горелочных устройств.2) Выбор положения горелокСогласно проведенным исследованиям наиболее подходящим вариантом организации сжигания топлива в данном котельном агрегате является его сжигание в прямоточных горелочныхустройствах, расположенных тангенциально по периметру топки.
При этом в центре поперечного сечения образуется кольцевой вихревой факел, который распространяется вдоль топочнойкамеры, что позволяет поддерживать устойчивое горение топлива, защитить экранные поверхности от избыточного зашлаковывания и обеспечить равномерное поле скоростей и температурпо сечению топки.При выбранной конфигурации топки, где нижняя стена образована скатами холодных воронок, предполагалось размещение горелок на трех стенах топки – на двух боковых и потолочной стенках, как это показано на рисунке 3.34.Рисунок 3.34 – Расположение горелок в ярусе горизонтальной топкиБазовая схема подвода топлива, как было показано в результате численных экспериментов№ 1-8, не обеспечивает осесимметричного положения кольцевого вихря, центр которого сме-192щается влево и вниз (рисунок 3.35).
Причиной асимметрии является дисбаланс распределениякинетической энергии по касательной к вихреобразованию. Большая часть потока воздуха, подаваемого через патрубки, имитирующие холодные воронки, приходится на правую верхнюю иправую часть кольцевого вихря. По этой причине происходит его выталкивание в левую сторону, что объясняет несимметричную картину течения.
Для нормальной эксплуатации энергетического котла необходимо обеспечить симметричное положение основного вихря, так как только в этом случае будет обеспечена защита экранных труб от чрезмерного зашлаковывания иравномерное тепловосприятие экранными трубами теплоты уходящих газов.а) перед первым ярусомгорелокб) на срезе первогояруса горелокв) на срезе третьегояруса горелокРисунок 3.35 – Векторы скорости потока воздуха в области горелок(базовая схема включения горелок)С этой целью разработана новая схема сжигания топлива, обеспечивающая симметричныеэпюры скорости и давления в каждом поперечном сечении по длине горизонтальной топки.Новое расположение горелочных устройств, схематично представленное на рисунке 3.36,предусматривает установку горелок на всех четырех стенах топочной камеры.
Углы наклонагорелок были определены путем построения касательных к окружности (кольцевому вихрю) сдиаметром, равным условному диаметру крутки dy = 0,1·b [272]. Новое решение предполагаетустановку по одной горелке в каждом ярусе на верхней и нижней стенах и по две горелки – набоковых. Очевидно, что в этом случае число горелок в одном ярусе по сравнению с базовымвариантом уменьшится. Для полноразмерного котла с заданной паропроизводительностью692,5 кг/с было определено необходимое количество горелок для организации подачи требуемого количества топлива в топку.
В общей сложности котел и модель топки должны быть оборудованы 36 горелками. Для того чтобы обеспечить одинаковый расход топливовоздушнойсмеси при сохранении рекомендуемой скорости истечения среды в прямоточных горелочных193устройствах в диапазоне 20-30 м/с, число ярусов было увеличено до шести. Таким образом, новая схема включения горелок характеризуется установкой шести горелок в каждый из шестиярусов.Представленная на рисунке 3.36 новая схема включения горелок потребовала дополнительной доработки конструкции холодных воронок, которая заключалась в размещении горелочныхустройств на нижней стенке топки между двумя продольными холодными воронками.Рисунок 3.36 – Схема нового включения горелок3D-модель внутреннего объема модели горизонтальной топки с новой схемой включениягорелок показана на рисунке 3.37.Рисунок 3.37 – 3D модель внутреннего объема модели горизонтальной топки с новой схемойвключения горелокРаботоспособность и сравнительная эффективность относительно базового варианта модели горизонтальной топки была доказана в ходе выполненного численного эксперимента.
Чис-194ленный эксперимент был выполнен с граничными условиями численных экспериментов № 1 и№ 2 для получения сопоставимых результатов. Результаты численных экспериментов представлены на рисунках с 3.38 по 3.40.Анализ представленных данных показывает, что ядро вихря располагается строго в геометрическом центре поперечного сечения топки, причем это наблюдается как при малом(1,2 МПа), так и при большом перепаде давления (2,1 МПа) на модели. Струи, вытекающие изгорелок, оказывают друг на друга динамическое воздействие, в результате чего их траекторииискривляются и максимальные скорости потока оказываются на окружности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
