Cтраница 3
Интенсивный конвективный нагрев в турбулентном пограничном слое струи подготавливает пылевоздушную смесь к воспламенению. Во всем пограничном слое струи могут протекать химические реакции, но с разной скоростью в различных ее точках, в зависимости от температуры и концентраций реагирующих веществ, наличия инертной среды и интенсивности теплоотвода. Следовательно, температурные, концентрационные и динамические условия, в которых протекает горение угольной пыли в камерной топке, создаются в турбулентных горелочных струях и определяются интенсивностью массо - и теплообмена в них и характером распространения их в топочных газах. [31]
Для сокращения потребной величины топочного объема необходимо каким-либо способом увеличить время пребывания частиц в топке. Классическим примером этой проблемы является сжигание дробленого угля на слое расплавленного шлака в циклонной топке. Уголь сжигается в виде мелочи 0 - 5 мм, причем большинство зерен имеет размер до 0 5 мм. Время горения мелочи размером около 5 мм примерно в 100 раз больше времени горения угольной пыли и составляет около 1 мин. В эту топку, имеющую форму цилиндра, уголь подается таким образом, что частицы отбрасываются к окружности и удерживаются слоем липкого шлака. Воздух для горения подается в топку тангенциально. Около стен воздух проходит с большой скоростью, обеспечивая налипшим частицам угля приток кислорода, необходимого для их сжигания. Частицы находятся у стен до полного выгорания. Скорость воздуха у стен составляет 100 - 200 м / сек. В пылеугольных топках относительная скорость составляет около 0 1 м / сек. Однако это тысячекратное увеличение относительной скорости обеспечивает только трехкратное увеличение скорости горения. [32]
Для парогенераторов производительностью выше 4 - 10 кг / с ( 15 - 35 т / ч), работающих на антраците, каменных и бурых углях, сланцах и фрезерном торфе, основным является пылевидный метод сжигания топлива в камерных топках. Топливо сжигается после предварительной подсушки и размола в сильно измельченном виде. Угольная пыль в смеси с некоторой частью необходимого для горения воздуха, называемого первичным, вдувается через горелочное устройство в топочную камеру. Остальная часть воздуха, необходимого для горения, так называемый вторичный воздух, обычно вводится в топку также через горелки, а в отдельных случаях помимо них. Горение угольной пыли происходит во взвешенном состоянии в газовоздушных потоках при движении их через топочную камеру. Поэтому протекание горения ограничивается топочным пространством и чрезвычайно коротким временем пребывания частиц в топке, составляющим 1 - 2 с. Угольная пылинка, обычно имеющая продолговатую форму и шероховатую поверхность, имеет большую парусность. При малой относительной скорости движения частиц в потоке, практически равной нулю, уменьшается интенсивность обмена газов на их поверхности. Однако значительное увеличение поверхности пыли при тонком размоле и молекулярной диффузии обусловливает высокую интенсивность пылевидного сжигания. [33]
Напротив, сжигание антрацитовой пыли дает факел более плотный, чем это принимается по расчету для случая полусветящегося пламени. Здесь оказалось, что основную роль играет не излучение золы и сажистых частиц, как это принято в расчете, а излучение горящей угольной пыли. Опытами также установлена зависимость интенсивности лучистого теплообмена от скорости сгорания топлива. Быстрое сгорание, соответствующее лучшей предварительной подготовке топлива, приводит к тому, что в корне факела развиваются более высокие температуры и интенсифицируется теплоотдача. Этот эффект значительно сглаживает разницу между тепловосприятиями экранов при сжигании газа со светящимся и несветящимся пламенем. Аналогичным образом должны влиять на теплообмен условия организации процесса горения угольной пыли. Интенсивность теплообмена в топочной камере зависит в основном от величины полезного тепловыделения в топке, которая определяет теоретическую температуру горения топлива. С понижением этой температуры при сжигании низкокалорийных топлив теплообмен в топочной камере резко ухудшается и радиационные поверхности экранов работают с очень пониженными тепловыми нагрузками. Применение в этом случае горячего воздуха не только улучшает сжигание топлива, но также и интенсифицирует теплообмен в топочной камере. Следует отметить, что и для таких высококачественных топлив, как природный газ и мазут, применение подогрева воздуха повышает теплообмен в топочной камере. Такая интенсификация теплообмена в топке позволяет при одних и тех же размерах экранных поверхностей значительно сократить размеры конвективных испарительных поверхностей нагрева. На основании полученных новых экспериментальных данных ЦКТИ совместно с ВТИ в настоящее время подготовлены новые нормативные методы расчета теплообмена в однокамерных и двухкамерных топках. Распределение тепловых нагрузок по экранам, расположенным на разных стенах топки, существенно зависит от рода топлива и условий протекания топочного процесса. [34]