Хохлов Дмитрий Александрович. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВИХРЕВОЙ РАСТОПОЧНОЙ ГОРЕЛКИ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ПЫЛИ ПОВЫШЕННОЙ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ Специальность


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

На правах рукописи





Хохлов Дмитрий Александрович




РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ
ВИХРЕВОЙ РАСТОПОЧНОЙ


ГОРЕЛКИ ДЛЯ

СЖИГАНИЯ

ПЫЛИ ПОВЫШЕННОЙ


РЕАКЦИО
Н
НОЙ СПОСОБНОСТИ


Специальность 05.14.14


Тепловые электрические станции,

их энергетические системы и агре
гаты





А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук











Москва


20
1
3


2

Работа выполнена на кафедре Парогенераторостроения
ФГБОУ ВПО «НИУ
«МЭИ

Н
аучный руководитель:


доктор технических наук, профессор

Двойнишников Владимир Александрович


Официальные
оппоненты:


доктор технических наук,

Заведующий отделением парогенераторов и т
о
почных устройств

Открыто
го

акционерно
го

общ
е
ств
а

"Всероссийский дваж
ды ордена Трудового
Красного Знамени Теплотехнический научно
-
исследовательский институт"

(ОАО «ВТИ)

Тугов Андрей Николаевич


кандидат технических наук
,

Первый заместитель Генерального директора,

Научный руководитель

Открытого акционерного
общества «
Энерг
етическ
ий
институт им. Г.М.
Кржижа
новского
(ОАО
«
ЭНИН

)

Фадеев Сергей Александрович





Ведущая организация:

Общество с ограниченной ответственностью
«Р.В.С.


Защита состоится "
27
"
ноября

20
1
3

г. в
14

час.
00

мин.
в
Малом актовом зале

на
заседании диссе
ртационного совета Д 212.157.07 в
ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ

по
а
д
ресу: Москва, Красноказарменная ул., д. 1
4
.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации,
просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 14,
ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ
, Ученый Совет
ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ
.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
ФГБОУ ВПО «НИУ
«МЭИ
.

Автореферат разослан «
26

октября

20
1
3

г.



Ученый секретарь

д
иссертационного совета

Д 212.157.07

к.т.н.,
доц
.


Ильина И. П.


3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Пуск энергетических котлов с факельным сжиганием
осуществляется с помощью растопочных устройств.

В качестве таковых н
а ТЭС,
работающих на твёрд
ом топливе,

но

имеющих мазутное, либо газовое хозяйство
,

используют горелки, сжигающие мазут или газ. На чисто угольных станциях

пуск
котлов осуществляют, как правило, с помощью

плазмотронов

и

муфелей, в кот
о
рых создаются высокотемпературные условия для во
спламенения обычной пыли
угля, сжигаемого в котле с последую
щей подачей в топочный об
ъ
ём
.

И
з
-
за
низкой надёжност
и

и недолговечност
и

работы

высокотемпературного у
з
ла

(муфеля)
,

а также
высок
ого

расход
а

электроэнергии

в плазмотроне

проблема с
о
здания растопочн
ого устройства для пылеугольных котлов до сих пор остаётся а
к
туальной
.

Перспективным
способом

её решения

является применение в качестве

раст
о
поч
ного устройства

горел
ки
, сжигающ
ей

высокореакционн
ую

пыл
ь
, а
именно
,

пыл
ь

«механоактивированного угля микропомо
л
а. Технология

её

получения

ра
з
работана в институте СО РАН теплотехники им. Кутателадзе.


Р
азработке конструкции такой горелки

на высокореакционной пыли

и обосн
о
ванию её работоспособн
ости и посвящена данная работа. В качестве конструкти
в
ного исполнения п
ринят наиболее простой вариант двухканальной вихревой горе
л
ки.
Ц
ентральный

канал

используется

для ввода в топочный объём котла смеси

в
ы
сокореакционной

пыли и воздуха
,
кольцевой
,

с установленным
в нём

а
к
сиальным
лопаточным закручивающим аппаратом
-

для ввод
а вторичного возд
у
ха.

Устойчивость воспламенения пыли, поступающей в топк
у

из горелки
,

обесп
е
чивается

путём формирования

около среза

центрального канала

неподвижного
фронта зажигания,
перпендикулярно
го

к направлению движения
первичной смеси.

Цел
ь

работы



обоснование
выбора основных конструктивных решений дву
х
канальной вихревой горелки с учётом характеристик сжигаемой пыли, обеспеч
и
вающих

при пуске котла

условия

её

устойчивого воспламенения и горения.

Основные задачи
работы

сводились к:

-

и
зучению аэродинам
ических основ работы

предложенной конструкции

ви
х
ревой растопочной горелки;

-

и
сследованию эффективности

работы

аксиального лопаточного аппарата
кольцевого канала вихревой горелки;

-

и
зучению влияния характеристик сжигаемого топлива на воспламенение
пылево
здушной смеси в прямоточном потоке при адиабатном протекании процесса
горения;

-

и
зучению особенностей формирования факела при вводе пыли с разной р
е
акционной способностью через центральный канал растопочной вихр
е
вой горелки;

-

р
азработке рекомендаций по п
роектированию конструкции двухканальной
растопочной пылеугольной горелки

в температурных условиях, характерных для
пуска котла
.

Научная новизна

работы

состоит в
:


1.

Обосновани
и

основных

конструктивных решений

растопочной двухканальной
вихревой горелки для уг
ольных котлов с факельным сжиганием, принципа и
путей реализации обеспечения устойчивого воспламенения в ней пыли
.

2.

Расширении и детализации данных о потерях давления в кольцевом канале с
лопаточным аксиальным закручивающим аппаратом при широком диапазоне

4

и
зменения соотношения его диаметров
m

=

D

/

d

и угла установки лопаток в з
а
вихрителе β
л
. Представление значения коэффициента потерь давления на з
а
крутку в виде функции величины приведённого параметра крутки
:


3.

Установлении характера

и степени влияния параметра крутки кольцевого пот
о
ка, соотношения скоростей, диаметров каналов в предлагаемой растопочной
горелке, а также степени стеснённости пространства, в которое происходит и
с
течение струй из н
е
ё
,

на формирование зоны обратных токов,

её положение и
объёмный расход среды в ней.

4.

Установлении

зависимости

интенсивности развития начальной стадии процесса
горения пылевоздушной смеси в прямоточном потоке от

величины удельной
поверхности пыли.

5.

Выявлении степени и характера влияния величины эн
ергии активации

E
а
, зе
р
нового состава и расхода пыли на ход протекания процесса горения, формир
о
вани
е

факела и полноту выгорания топлива в двухканальной вихревой раст
о
почной горелк
е
, работающей на «механоактивированном угле микропомола
(изготовленного из
смеси 75% Кузнецкого угля
(
Д, Г
)

и 25% шлама
)

по резул
ь
татам

численного моделирования её работы при растопке котла ПК
-
40
-
1 Бело
в
ской ГРЭС из холодного состояния.

Достоверность

результатов работы обеспечива
е
тся
:



применением широко апробированных программных

пакетов
Ansys Fluent и
Ansys CF
X

и

использованием

наиболее
проверенных для решаемых задач мат
е
матических моделей
;



выбором расчётной сетки

и

числа итераций, которые обеспечивают получение
достоверных результатов при расчётных исследованиях
;



сопоставлением
результатов численного моделирования с данными
,

имеющ
и
мися в литературе,

которые

получены

при физических экспериментах.

Практическая ценность

работы

состоит в:


1.

Разработке принципиальной конструкции двухканальной вихревой растопо
ч
ной горелки с подачей перв
ичной смеси через её центральный канал, в том
числе и двух её вариантов с установкой в центральной части основной прям
о
точной круглой горелки котла ПК
-
40
-
1 Беловской ГРЭС, обеспечивающей
устойчивое воспламенение и эффективное горение пыли повышенной реакц
и
онной способности.

2.

Предложенной методике численного моделирования
определения

устойчив
о
сти


воспламенения

сжигаемой в горелке пыли

в зависимости от её характер
и
стик
,

зернового состава

и режимных условий с использованием программы
Fluent
.

3.

Найденной области
значений соотношения диаметров каналов
m

и параметра
крутки
n

потока кольцевого канала, при которых выполняются необходимые
условия обеспечения устойчивого воспламенения

(наличие зоны обратных т
о
ков)
.

4.

Установлении однозначной зависимости величины коэффицие
нта потерь да
в
ления ξ
закр

на закрутку потока аксиальным закручивающим аппаратом с проф
и
лированными лопатками от значения приведённого параметра крутки (
n
прив
)
.


5

5.

Установлении диапазона значений удельной поверхности пыли, в котор
о
м
она

оказывает наибольшее вл
ияние на интенсивность
процесса

горения в прям
о
точном потоке пылевоздушной смеси при низких температурах.

6.

В определении значений

энергии активации

E
а

и

удельной поверхности пыли

ƒ

«
механоактивированного угля микропомола


смеси 75% Кузнецкого угля и
25% шла
ма, при которых в разработанных конструкциях растопочной горелки
для котла ПК
-
40
-
1 достигается устойчивое горение в

характерных для пуска
котла

температурных условиях, а также степени влияния изменения расхода
топлива на глубину его выгорания.

Личный вклад

автора

заключается в:



проведении

расчётных исследований
;



анализе

и обобщении

полученных в ходе проведения численных исследований
р
е
зультатов
;



разработке методики исследования
устойчивости воспламенения
;



разработке рекомендаций по проектированию
конструкци
и двухканальной ра
с
топочной горелки
.

Апробация работы
.

Результаты работы докладывались на:

1.

X
V
II
-
X
IX

Международных
научно
-
технических
конференциях
«
Радиоэлектр
о
ника, электротехника и энергетика
;

МЭИ
, Москва,
20
11

-

201
3

г.

2.

XVIII

МНТК
«
Информационные средст
ва и технологии
;
МЭИ
,

Москва,

2008

г
.

3.

Второй Всероссийской научно
-
практической конференции «Повышение надё
ж
ности и эффективности эксплуатации электрических станции и энергетических
систем
;

МЭИ, Москва, 2012 г.

4.

Специализированной научно
-
практической конфе
ренции молодых специал
и
стов «Современные технологии в энергетике


основа повышений надёжности,
эффективности и безопасности оборудования ТЭС
;

ВТИ, Москва, 2012 г.

5.

VIII

Всероссийской конференции с международным участием «Горение твёрд
о
го топлива
;

Институ
т Теплофизики СО РАН, Новосибирск
;

6.

заседани
ях

кафедры Парогенераторостроения

НИУ

МЭИ
,
20
12

и
20
1
3

г.

Публикации
. Основные результаты

выполненных исследований опубликованы

в

2

стат
ь
ях журнал
ов

из
перечня

ВАК

РФ



Теплоэнергетика №6, 2013 г. и
Энерг
е
тик №8,
2013 г., 4 трудах (в т.ч. один в электронном виде) и 4 тезисах конфере
н
ций.

Автор защищает
:

1.

Конструктивное исполнение растопочной пылеугольной горелки, принцип

обеспечения

устойчивости горения пыли
и возможные пути его реализации
.

2.

Методику проведения числе
нных исследований по оценке

в
л
ияния

режимных
условий

и характеристик пыли на устойчивость её воспламе
нения и формир
о
вание факела.

3.

Результаты исследований, их обобщение, а именно
:




в
лияние параметра крутки кольцевого потока, соотношения скоростей и
диаметро
в каналов в двухканальной горелке, а также степени стеснённости
пространства, в которое происходит истечение струй
,

на структуру

их

теч
е
ния и количественные характеристики
;




зависимость

значения коэффициента потерь давления на закру
т
ку потока от
величин
ы п
риведённого параметра крутки
;




установлении степени влияния величины удельной поверхности пыли и
энергии активации на интенсивность горения пылевоздушной смеси в пр
я

6

моточном потоке при низком
уровне (30°С

÷

6
0
°С)

её

начальной темпер
а
туры
;




выявленные

особе
нности

при

формировани
и

факела в струях, истекающих в
затопленное пространство из растопочной
горелки

для двух вариантов её
конструктивного исполнения, встроенной в основную прямоточную кру
г
лую горелку котла ПК
-
40
-
1 Беловской ГРЭС при разных расходах, вели
ч
и
нах энергии активации и зерновом составе механоактивированного угля
микропомола, получаемого после доразмола в дезинтеграторе после ШБМ

смеси 75% Кузнецкого угля Д и Г и 25% шлама.

4.

Р
екомендации по проектированию конструкции двухканальной растопочной
пыле
угольной горелки.


Структура и объем работы
.

Диссертация состоит из введения,
шести

глав,
выводов и списка литературы, включающего 1
2
0

наименовани
й

и 7 приложений
.
Объём основной части работы


134 страницы, объём приложений


1
21

страницы
.
Основная часть
работы

содержит
59

р
и
сунк
ов

и 1
0

таблиц.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении

диссертации говорится об актуальности работы, дан
ы

общая х
а
рактеристика исследуемых проблем

и

краткое описание
работы.


В первой главе

изложен анализ работ
,

посвященных вихревым течени
ям, и
с
пользуемым в топочной технике
,

и программным системам, применяемым при м
о
делировании топочного процесса.

Анализ работ

по

исследованию и проектированию вихревых горелок показал,
что для создания рациональной конструкции вихревой растопочной горелки с
вв
о
дом пыли через центральный канал необходимы дополнител
ь
ные исследования. В
первую очередь это установление степени влияния
основных конструктивных р
е
шений

на картину течения в приосевой области горелки, а также свойств сжига
е
мой пыли на формирование фро
нта зажигания.

При рассмотрении работ, посвящённых программным системам, особое вним
а
ние уделено тем математическим моделям процессов, которые находят примен
е
ния
при моделировании газодинамических течений и горения твёрдых топлив при ф
а
кельном сжигании с и
спользованием
CFD
-
методов
;

вопросам достижения быс
т
рой
сходимости результатов расчёта
;

методам построения расчётных сеток, их пар
а
метрам и характеристикам качества.

На базе
проведённого анализа

в качестве инструмента в диссертации для реш
е
ния чисто газодин
амических задач выбрана программа
Ansys

CFX
, а

для

процессов
горения


A
n
sys

Fluent
.

Во второй главе

сформулирована
цел
ь

и основны
е

задач
и
, решаемы
е

в работе
,

д
ано их обоснование.

Указаны те процессы, которые являются предметом изуч
е
ния
, методика их исслед
ований и способ представления первичных данных, а та
к
же обеспечения и проверки дост
о
верности результатов.

Отмечается, что
простота

предложенной конструкции растопочной горелки,
позволяет
,

с одной стороны
,

органично вписать её в основную, в том числе и сущ
е
ствующую горелку котла
,

и использовать при
основных

режимах работы котла.

Но
,

с другой стороны
,

необходимость обеспечения устойчивости горения топлива
из
-
за

низко
го

уровн
я

температур воздуха

накладывает серьёзные ограничения на:



7

-

размеры каналов и расход
ы сред в них, угол установки лопаток закручива
ю
щего аппарата
;

-

характеристики
угля (
K
0
,
E
а
,
V
daf
,
Q
r
n
) и

зерновой состав пыли
.

Указанные выше факторы и предопределили те основные задачи, которые р
е
шались в диссертации.

Предметом исследования в первых
двух

задач
ах

являл
а
сь

картина

течения во
з
духа в каналах

и струях

при

их

истечении в пространство разной степени огран
и
чен
ности,

рассмотренная

для разных вариантов конструктивного исполнения г
о
релки.

Предметом

двух
следующих

задач

являлись

процесс
ы

горения при
разной р
е
акционной способности пыли

угля

микропомола в прямоточном потоке и в

струях,
истекающих из

растопочной вихревой горелк
и
, разработанной в двух вариантах

исполнения

для установки на котле ПК
-
40
-
1 Беловской ГРЭС с жидким шлакоуд
а
ле
нием (рис
унок

1
).



Рисунок 1


В качестве топлива в последних

задачах

использовалась пыль после доразмола

в дезнинтеграторе

подсушенн
ой

угольн
ой

пыл
и

(смеси 75% Кузнецкого угля (ДР,
Г) и 25% шлама отходов обогатительной фабрики) из пылевого бункера полураз
о
мкнутой пыл
е
систе
мы котла с ШБМ (табл
ица

1).

Табл
ица

1

Топливо

Состав рабочей массы, %

Q
r
i
,

ккал/
кг

V
0
,

нм
3
/
кг

ρ
каж
,

кг/
м
3

W
r

A
r

C
r

S
r

H
r

N
r

O
r

Исходное
топливо

19,87

13,76

52,08

0,27

3,73

1,68

8,61

4899

5,35

-

Подсуше
н
ная пыль

1,8

16,86

63,82

0,33

4,57

2,06

10,55

6139

6,55

1273


Математическое описание
процессов газодинамики и горения

в программных
пакетах
Ansys

CFX

и
Ansys

Fluent

базировалось на известных дифференциальных

8

уравнениях неразрывности, движения, энергии и диффузии, традиционно испол
ь
зуемых при описани
и процессов газодинамики и горения. В настоящей работе они
были дополнены рядом моделей: турбулентности (
k
-
ε
), расчёта траектории твёрдых
частиц

(
DPM
,
в постановке Лагранджа)
, выхода

(Single Kinetic Rate)

и горения

(Магнуссена)

летучих,

горения

коксовой ча
стицы (
диффузионно
-
кинетическая м
о
дель
гетерогенного горения)
.

Для возможности

пр
о
ведения

расчётов
по

определени
ю

степени влияния х
а
рактеристик сжигаемого топлива (К
0
, Е
а
,
δ
ср
) и условий горения (концентраций
топлива и окислителя, их начальных температур)
на устойчивость воспламенения и
характеристики протекания процессов

в

настоящей работе были
найдены взаим
о
связи между кинетическими характеристиками топлива и константами
C
1

и
C
2

в
модели гетер
о
генне
го горения программы

Fluent
.

Формирование

геометрии расчё
тной области осуществлялось при помощи пр
о
граммы
SolidWorks
, а расчётной сетки

-

при помощи программы
Mesher
.

Контроль сходимости счёта осуществлялся по величине невязок решаемых
уравнений. Одновременно выполнялся непрерывный контроль и по массовому б
а
ланс
у в расчётной области
,

и

по

постоянству статического давления на входе в ра
с
чётную область. В исследованиях горения контролировалась так же и максимал
ь
ная температура в расчётной области.

Первичные результаты эксперимента представлялись в виде полей основн
ых
характеристик потока, привязанных к геометрическим координатам расчётной о
б
ласти. В подавляющем большинстве случаев обработка данных сводилась к опр
е
делению необходимых параметров в характерных точках или сечениях.

В

конце

глав
ы

также

рассмотрен вопрос

о

подтверждени
и

достоверности пол
у
чаемых результатов,

что в
первую очередь

осуществляется путём

снижени
я

сето
ч
ной чувствительности.
Сначала задача решалась с меньшей детализацией расчё
т
ной сетки (она имела фиксированное число элементов), затем число расчё
тных
ячеек увеличивалось более чем в два раза. По результатам сравнения, при небол
ь
шой разнице получаемых результатов, последние признаются верными. Такой по
д
ход позволял получать максимально правильные результаты с точки зрения и
с
пользованных расчётных мо
д
е
лей.

Достоверность

же

используемых математических моделей

проверялась путём
сопоставления результатов

расчёта

и

физическ
ого

эксперимент
а
.

Третья глава

посвящена исследованию аэродинамических основ работы ви
х
ревой растопочной горелки. Основное внимание в

исследованиях было уделено
решению следующих конкретных задач:

-

и
зучению влияния диаметров каналов горелки, параметров крутки потока

в
кольцевом канале
, величины скорости
среды в

центрально
м

канал
е, а также

сте
с
нённости пространства, в которое происходит

истечение струй
,

на формирование
ка
р
тины течения

как

внутри кан
алов
, так и вне
их
;

-

расширению и углублению данных о степени влияния размеров кольцевого
канала и угла установки лопаток аксиального закручивающего аппарата на эффе
к
тивность его работы.

Физи
ческая постановка
задачи

сводилась к изучению изотермического течения
воздушных потоков в кольцевом и цилиндрическом каналах вихревой горелки
длиной 2,5 м и струйных течений, истека
ющих из неё. В кольцевом канале

на ра
с
стоянии 0,95 м от его среза

был

устан
овлен аксиальный закручивающий а
п
парат.
Величины внешнего (
d
) и внутреннего
(
D
) диаметров канала менялась в диапазоне

9

0,591

÷

1,2 м и 0,392

÷

0,804 м соответственно. Скорость воздуха во всех основных
исследованиях в кольцевом канале составляла

W
2

=

40

м/с
, а в цилиндрическом

её
вел
и
чина

W
ц

менялась в диапазоне от 0 до
5
0

м/с.

Все исследованные варианты

(см. табл.
2
) по величинам соотношения
m

=

D

/

d

и гидравлического диаметра

d
г
, численно равного
d

-

D

были разделены на 7 групп.
В каждой из них за счёт угл
а установки лопаток в закручивающем аппар
а
те были
реализованы ещё 6 подвариантов, отличающихся между собой значениями пар
а
метра крутки
n



0; 0,5; 1,0; 1,33; 1,66; 2 и 3.

Изучение влияния стеснённости пространства и величины скорости в це
н
тральном канале
W
ц

на закономерности течения струй, истекающих из каналов г
о
релки, проводилось для
d

=

1,2

м и
D

=

0,72

м при
n

=

0; 1; 1,66; 2; 3.

Ограниченное пространство

в этих исследованиях

имело форму цилиндра, пр
о
дольная ось которого совпадает с осью горелки.
В

каче
стве параметра, характер
и
зующего степень стеснённости пространства, принималась величина

K
ст
, равная
отношению площадей поперечного сечения пространства, в которое происходило
и
с
течение, к площади выходного сечения горелки.

Картина течения среды в каналах
изучаемой конструкции вихревой горелки,
как следует из полей скорости, имеет некоторую специфику.
В

большинстве вар
и
антов в кольцевом канале она традиционн
а и

характеризуется однонаправленн
о
стью аксиальной компоненты скорости
.

О
днако при
m

=

0,33 и парамет
ре крутки
n



1
,

как и при
m

=

0,5 и
n

=

3
,

происходит отрыв потока от внутренней стенки
кольцевого канала с образованием зоны обратного течения и, как следствие этого,
ухудшение охлаждения выходной части стенки центрального канала.

Течение

же

в центральн
ом канале зависит от скорости среды на его входе
,

зн
а
чени
я

параметра крутки кольцево
го потока и соотношения диаметров каналов
m
.
При W
ц

=

0 и n

=

0 в нём образуется цепочка из обособленных вихрей.
Они разли
ч
ны по объёму, и их число
меняется

в зависимости о
т
D
. Однако во всех случаях
около среза из центрального канала формируется развитая зона обратных токов.
Значительная её часть (по протяжённости) расположена внутри канала. Около це
н
тра

движение среды происходит в сторону его входного торца, а около стен


по
направлению кольцевой струи.

При
n

> 0 описанная выше аэродинамическая картина течения меняется. Если в
случае
n

 0 по длине канала на его оси аксиальная компонента скорости близка к
нулю, то при
n



0 она отлична от 0 и всегда положительна. Её величи
на зависит от
n
,
m

и степени стеснённости пространства, в которое происходит истечение (т.е.
типа ЗОТ, образующейся в области среза горелки). Это влияние особенно сказыв
а
ется на величин
е

и характер
е

изменения
аксиальной скорости
W
а

около среза.

Начиная со

скорости подачи центрального воздуха

W
ц

=

2,5

м/с обособленные
вихри, индуцируемые при
W
ц

=

0

м/с
,

исчезают. В большей части канала возникает
характерная для трубного движения картина. В выходной же его части формируе
т
ся картина,
определяемая

взаимодейств
ием прямоточного потока центрального к
а
нала со струей, истекающей из кольцевого канала. Она зависит от величины соо
т
ношения
W
ц

/

W
2
,
n

и
m
, а так же К
ст
.

Анализ результатов исследований струйных течений указывает на то, что

во
всех исследованных вариантах

при значении

относительной

скорости в централ
ь
ном канале

(
W
ц
/
W
2
)

менее
0,
375

образуется зона обратных токов

(ЗОТ)
. По сво
й
ствам среды, из которой она формируется, форме и месту расположения относ
и

10

тельно продольной оси горелки

в работе

различают
:

кольцевую
(К), замкнутую (З),
полуразомкнутую (П) и разомкнутую (Р) зоны
.

К

-

имеет форму, близкую к тору, располагается около среза кольцевого канала
на внутренней поверхности кольцевой струи и формируется только из среды п
о
следней.

З

-

формируется из внутреннего
пограничного слоя кольцевой струи
,

имеет к
о
нечную протяжённость, характеризуется экстремальным изменен
и
ем аксиальной
составляющей скорости

(
W
а
min
)

по оси

зоны

обратного течения и немонотонным
изменением статического давления.
Она с
остоит из двух участков
:

эжекции и фо
р
мирования.

Р

-

отличается тем, что она формируется из среды пространства, в которое и
с
текают струи из каналов горелки, характеризуется моното
н
ностью изменения в ней
по оси
Z

аксиальной скорости и статического давления
,

и состоит из одного учас
т
ка
-
участка эжекции.

П

-

отличается конечной протяжённостью участка эжекции (наличием экстр
е
мума скорости обратного течения
W
a

по оси) и отсутствием конца участка форм
и
рования ЗОТ. Среда ЗОТ в ней формируется как за счёт среды внутреннего погр
а
ничного сло
я кольцевой струи, так и из среды окружающего пространства.

Т
ип

образующей

ЗОТ зависит не только от значений величины коэффициента
крутки кольцевой струи
n
, но и от величины
m

=

d

/

D
, а также

степени стеснённ
о
сти того пространства (К
ст
), куда происходит
её истечение

(таблица 2).

При
n

=

0 и n

=

2; 3 при всех рассмотренных в работе значениях
m

и К
ст

образ
у
ется одна ЗОТ.

В случае
n

=

0


замкнутая
, а при
n

=

2
и
3


замкнутая
,
полузамкн
у
тая

и
разомкнутая

в зависимости от
m

и К
ст
.


При значениях параметра кр
утки 0,5 ≤

n



2 в зависимости от
m

и
K
ст

формир
у
ется либо одна зона К, З или П, либо пары последовательно расположенных по т
е
чению К  П, К  З, П  Р.

Таблица 2


n

0

0,
5

1

1,
33

1,
66

2

3

ø 1,2 х 0,804

m = 0,67

К
ст

 ∞

З

З

К

К  З

К  З

З

З

К
ст

= 50

З

З

К  П

К  П

К  П

П

П

ø 1,2 х 0,72

m = 0,6

К
ст

 ∞

З

З

К

К  З

К  З

З

П

К
ст

= 50

З

З

К  З

К  П

П

П

П

ø 1,2 х 0,6

m = 0,5

К
ст

 ∞

З

К  З

К  З

К  З

З

З

З

К
ст

= 50

З

К

К  П

П

П

П

П

ø 1,2 х 0,396

m = 0,33

К
ст

 ∞

З

К

З

З

З

З

П

К
ст

= 50

З

К

П

П

П

П

П

ø 0,792 х 0,396

m = 0,5

К
ст

 ∞

З

К  З

К  З

К  З

З

З

З

К
ст

= 50

З

К

К  П

П

П

Р

П

ø 0,66 х 0,396

m = 0,6

К
ст

 ∞

З

З

К

К  З

К  З

З

З

К
ст

= 50

З

З

К  П

П

П  Р

П

П

ø 0,591 х 0,396

m = 0,67

К
ст

 ∞

З

З

К

К  З

К  З

З

З

К
ст

= 50

З

З

К  З

К  П

П

П  Р

П



11

Ввод среды в центральный канал горелки
, как показали исследования,

сказыв
а
ется на картине течения
в пространстве, в которое истекают струи горелки. Хара
к
тер

и степень

этого влияния

зависит от величины соотношения W
ц
/W
2
, n
,

m, а так
же К
ст
.

У
величение W
ц

в начале привод
и
т к сдвигу ЗОТ
от среза

потока центрального
канала с одновременным уменьшением объёмного расхода среды в ЗОТ.
К
огда
объёмный расход среды в центральном канале 
ц

равен или больше объё
м
ного

в
ЗОТ
, происходит п
олное исчезновение ЗОТ
с

появление
м

одной прямоточной
круглой струи с неоднородной скоростью по радиу
су.

При этом положение кольцевой зоны обратных токов как при К
ст

 50, так и
К
ст

 ∞ сохраняется, но при значениях W
ц

 5 м/с она исчезает. В случае же К
ст

 ∞
формируется единая круглая струя с неоднородной скоростью по радиусу, а при
К
ст

 50 после возникновения единой струи
,

на некотором расстоянии от среза о
б
разуется ещё и замкнутая ЗОТ.

Исследованиями
устано
вл
ено

и то
, что величина коэффициента стеснён
ности
К
ст

оказывает влияние не только на количественные характеристики течения
, но и

в

ряде случаев и на саму
картину течения
.

Прежде всего
,

это касается вопроса симметричности развития струйных теч
е
ний в продольных плоск
о
стях.

Если при K
ст

≥ 75 во всех и
сследованных вариантах
горелки образуется аэродинамическая картина течения, симметричная относител
ь
но продольной оси
потока
, то при значениях К
ст

≤ 50 и n > 0,5 она нарушается.
Причём чем меньше значение К
ст
, тем больше
её

отклонения от симме
т
ричной.


Стес
нённость

сказывается и на темпе изменения ширины кольцевой струи по

её

длине. Степень этого влияния весьма заметна в диапазоне значений К
ст

от 10 до
75
, большее раскрытие

кольцевой струи

соответствует меньшим значениям К
ст
.

С ростом К
ст

величина
скорости о
братного течения

в начале возрастает, а затем
уменьшается
, но

во всех случаях увеличение скорости среды в централ
ь
ном канале
приводит к сн
и
жению значения
W
а
min
.

Сказывается К
ст

и на значени
и

донного давления

(среднеинтегрально
го

стат
и
ческо
го

давлени
я

на ср
езе центрального канала)
.

Характер этого влияния на отн
о
сительную величину

, где



динамическое давление на выходе из
кольцевого канала, для W
ц

 0 и W
ц

 5 м/с показан на рис
унке

2
. Наименьшая в
е
личин
а P
донн

(при К
ст

 10) соответствует случаю образов
ания разомкнутой ЗОТ,
наибольшая

-

замкнутой ЗОТ, а промежуточные значения
-

образованию полуз
а
мкнутых ЗОТ.

Обобщение результатов указанных выше исследований показало, что необх
о
димые условия для стабилиза
ции горения в исследуемой горелк
е выполняю
тся
только в определённой области значений её параметров
n

и
m
. При этом снижение
стеснённости области, в котор
ую

происходит истечение струй из горелки
,

до м
о
мента появления разомкнутой ЗОТ приводит к расширению э
той области (рис
у
нок

3).

Величина относительного объёмного расхода рециркулируемой (эжектиру
е
мой
кольцевой закрученной струёй) среды
V
рец

зависит от значений приведенного п
а
раметра крутки


и величины К
ст

(рисунок 4).

Эффективность

аксиального лопаточного завихрителя в работе оценивалась по
затратам давления на закрутку потока и соответствию его угла закрутки
β
п

углу
установки лопаток
β
л
.


12

Представление результатов исследований в виде традиционной зависимости
коэффициента сопротивле
ния канала ξ
зак

от величины параметра крутки n показ
а
ло, что количественные значения ξ
зак

в рассмотренных группах вариантов с один
а
ковыми величинами параметров n различны (табл
ица
3). Последнее указывает на
то, что используемый коэффициент сопротивления ξ
зак

не в полной мере отражает
факторы, определяющие потери давления.


Рисунок 2

Рисунок 3

Таблица 3


Описание гру
п
пы

Заданный конструктивный параметр крутки



m;

d
г

0,00

0,50

1,00

1,33

1,66

2,00

Группа исследованных вар
и
антов

1

0,67
;

0,396 м

1,199

1,359

1,487

1,651

1,876

2,154

2

0,6
;

0,48 м

1,169

1,339

1,536

1,770

2,059

2,425

3

0,5
;

0,6 м

1,141

1,356

1,682

2,036

2,393

3,009

4

0
,33
;

0,804 м

1,106

1,522

2,240

3,730

5,158

6,749

5

0,5
;

0,369 м

1,198

1,418

1,748

2,114

2,547

3,311

6

0,6
;

0,264 м

1,314

1,482

1,682

1,684

2,260

2,673

7

0,67
;

0,195 м

1,399

1,588

1,721

1,914

2,164

2,509

По данным
М.У.*

1,640

1,667

1,900

2,200

2,300

2,700

*Методические указания по проектированию топочных у
стройств энергетич
е
ских котлов (
1996 г.
)


В работе потери давления в кольцевом канале с закручивающим аппаратом б
ы
ли представлены в
виде суммы слагаемых

(потери на трение о стенки канала, пот
е
ри на прохождение закручивающего аппарата ξ
апп

и потери на з
а
кру
тку потока ξ
зак
).
Значение коэффициента потерь

для

первых двух
слагаемых

могут быть найдены по
извест
ным зависимостям

как функция гидравлического диаметра.
Величина

коэ
ф
фициента потерь на закрутку, как показало обобщение результатов
,

выполненных в
ди
с
серта
ции

исследований
,

может представляться в виде зависимости
:



13


Рисунок 4


Четвёртая глава

посвящена
изучению влияния величины энергии активации

E
a
, а так же зернового состава пыли

(табл. 1)

на интенсивность начальной стадии
процесс
а горения (воспламенение).


Исследования проводились с помощью программы PolyDust. Математическая
модель процесса горения твёрдого топлива в ней базируется на следующих пре
д
положениях.

Течение квазиодномерное. Смесь топлива и воздуха представляет собой од
н
о
родную гетерогенную среду. Процесс адиабатный. Параметры среды в направл
е
нии течения меняются только за счёт теплоты, выделяемой при горении топлива.
Начальные значения

температуры

t
0
, скорости смеси
W
0

и доли воздуха в ней,

а
также зерновой состав пыли
(остаток на сите 90 мкм R
90

и коэффициент полиди
с
персности

n) и кинетические характеристики угля (предэкспоненциальный множ
и
тель K
0

и энергия активации

E
а
) считаются известными.

Процесс горения частиц топлива представляется в виде следующих последов
а
тельно

протекающих стадий: прогрева исходной частицы до начала выхода лет
у
чих; выхода и горения летучих; прогрева коксового остатка до воспламенения; г
о
рения коксового остатка.

Протяженность первых трех из них определялась по зависимостям, предложе
н
ным В.И. Баби
ем, а горения кокса


с использованием диффузионно
-
кинетической
модели.

Результаты расчета горения пылевоздушной смеси получались в виде набора
значений температуры

ϑ
, концентрации кислорода

O
2

и диоксида углерода, степ
е
ни
выгорания летучих и кокса частиц
каждой фракции, а также суммарного теплов
ы
деления

q

(с указанием режима горения кокса) по ходу течения потока либо по
времени протекания процесса

τ
. Вид зависимости основных параметров процесса
от времени для конкретного варианта показан на
рисунке 5.

В ра
счётных исследованиях величина энергии активации Eа менялась в диап
а
зоне 52 ÷ 120 МДж/кмоль, а условной удельной поверхности пыли ƒ от 199 до
1904

м
2
/кг. Диапазон последней, как и необходимое число монодисперсных фра
к
ций в программе PolyDust,

были определе
ны для случаев размола топлива в ш
а
робарабанной, среднеходной, центробежной мельницах и дезинтеграторе с пом
о
щью специальной программы Dust. В этой программе считалось, что интеграл
ь
ная

14

зерновая характеристика пыли описывается уравнением Розина
-
Раммлера, а

пыль
может быть представлена в виде совокупности некоторого числа монодисперсных
фра
к
ций (n
ф
), частицы которых имеют шарообразную форму.



Рисунок 5


Значения других параметров гетерогенной смеси были предопределеныуслов
и
ями, которые обычно имеют при пус
ке котла: начальная температура
t
0

=

40

÷

100

°
C, доля воздуха α
1

 0,08 ÷ 0,5.

Снижение величины энергии активации топлива от 120 МДж/кмоль до
52

МДж/кмоль увеличивает интенсивность протекания процесса горения

примерно
в 2 раза

-

уменьшается ¨τ

(¨τ

=

τ
2



τ
1
, где τ
1



время до начала тепловыделения, а τ
2



время до завершения горения)
. Это уменьшение происходит практически лине
й
но
.

Наиболее важным результатом этих расчётных исследований является то, что
значительное влияние на интенсивность протекания проц
есса горения оказывает
величина удельной поверхности пыли. Из
результатов расчёта

сл
е
дует
, что
:

-

наибольшее влияние

условной

удельной поверхности пыли ƒ на время пр
о
текания процесса горения ¨τ проявляется в диапазоне от 200 до 500 м
2
/кг

(рисунок
6)
;



Ри
сунок 6


15

-

увеличение условной удельной поверхности ƒ с 200 до 500 м
2
/кг приводит к
сокращению времени горения в 2,25 раза, в то время как уменьшение энергии а
к
тивации E
a
, что было отмечено выше, со 120 МДж/кмоль до 52 МДж/кмоль при
ƒ

=

200 м
2
/кг приводит к

снижению времени горения в два раза.

Это означает, что необходимая интенсивность процесса горения (в т.ч. воспл
а
менения) при определённых условиях может быть получена не только снижением
энергии активации (при размоле в дезинтеграторе), но и увеличением п
оверхности
(при размоле в ШБМ).

Поэтому в качестве одного из параметров, который характеризует реакцио
н
ную способность пыли (способность к воспламенению), наряду с 
daf

и кинетич
е
скими характеристиками кокса угля (K
0
, E
a
), следует использовать и величину
у
дельной поверхности ƒ.

Пятая глава

связана с исследованиями работоспособности растопочной горе
л
ки, встроенной в основную круглую г
о
релку котла ПК
-
40
-
1 (рисунок

1
) при пуске
его из холодного состояния.

Конкретные задачи сводились к изучению влияния
:

скорост
ей сред в каналах
составной горелки на картин
у

течения в приосевой области;

величин условной
удельной поверхности

и расхода

пыли
,

её энергии активации на устойчивость во
с
пламенения
, формирование факела и

полноту выгора
ния.

Исследования проводились с помощь
ю программной системы Fluent. Расчёт
каждого варианта осуществлялся в два этапа.
На первом

этапе

(
без

активации

гор
е
ния
)

он продолжался

до достижения стабильного решения
. В том случае, если в
приосевой области образовывалась ЗОТ, т.е. необходимые условия в
оспламенения
соблюдены, реализовывался второй этап с использованием стороннего источника
теплоты
.
Расчёт

проводился

до получения стабильного решения
,

как при нал
и
чии

источника
, так и после его отключения. Если температурные и скоростные поля
становились ид
ентичны полученным на первом этапе (без горения), то делался в
ы
вод о н
е
выполнении достаточных условий для воспламенения и горения топлива.
Если же по уровню температуры, концентрации кислорода и наличию продуктов
горения
картина течения

существенно отличал
ась от полученной на первом этапе,
то считалось, что условия для воспл
а
менения выполняются.

Из результатов первого этапа расчёта следует, что:



основными факторами, определяющими картину течения в приосевой обл
а
сти при фиксированной геометрии растопочной
горелки, являются скорости и
плотности сред, истекающих из ее каналов;



картина течения, характеризующаяся наличием в приосевой области зоны
обратных токов, имеет место при величин
ах

скорости первичной смеси W
1

не б
о
лее 6 м/с, а скорости воздуха из вторич
ного канала W
2

не менее 35,9 м/с и канала
о
с
новной горелки W
3

менее 6 м/с;



уменьшение скорости W
1
, как и увеличение W
2

и W
3

сверх
указанных выше
их граничных значений, увеличивает протяженность зоны возвратного течения и
во
з
вратную скорость среды в нём.

Результаты второго этапа численного моделирования процессов, протекающих
в струях, истекающих из
составной горелки

(рис
унок 1, вариант 1
) в затопленное
пространство показали следующее.

В случаях сжигания монодисперсной пыли с диаметрами частиц

δ

10, 15, 2
0, 25
и 30 мкм при E
а

=

79 МДж/кмоль, как и при значениях E
а

30, 45, 60 МДж/кмоль и

16

диаметре частиц 30 мкм, воспламенение и последующее горение топлива устойч
и
во.

Пространственное расположение факела во всех случаях относительно пр
о
дольной оси течения стр
уй стабильно. Температура,
аксиальная

компонента скор
о
сти, концентрации кислорода и диоксида углерода по длине факела меняются эк
с
тремально.

Неизменна и аэродинамическая структура факела. В приосевом пространстве
на некотором расстоянии от среза горелки во
зникает замкнутая ЗОТ, состоящая из
двух областей. Среда первой области
, как и первичная смесь центрального канала,

участвует в образовании пограничного слоя закрученной струи вторичного возд
у
ха. Во второй области происходит разворот части среды

этого

погр
аничного слоя с
о
б
разованием замкнутой зоны обратных токов.

На внешней поверхности первой части ЗОТ около поверхности с нулевым зн
а
чением аксиальной компоненты скорости формируется фронт горения


зона н
е
большой толщины со значительным тепловыделением и бо
льшими градиентами
концентрации кислорода и температуры. Определяющую роль в поддержании
устойчивости воспламенени
я

топлива играет фронт зажигания
-

та часть фронта
горения, которая расположена в зоне взаимодействия первичной смеси со средой
ЗОТ и ориенти
рована перпендикулярно направлению движения первичной смеси.
Во фронте зажигания за счет теплоты среды ЗОТ происходит прогрев частиц, в
ы
ход и горение летучих
,

и начинается горение коксовых частиц. Температура среды,
как и концентрация CO
2

в нём, возрастают
, а концентрация кислорода


снижается.
Догорание коксовых частиц происходит по ходу их движения во фронте горения,
пограничном слое и зоне обратных токов.

После окончания ЗОТ течение развивается по закономерностям, характерным
для струй, истекающих в зато
пленное пространство. Температура, скорости и ко
н
центрации компонентов среды в поперечном сечении факела и окружающей среде
выравниваются.

Установлено
, что как при диаметрах частиц монодисперсной пыли от 10 до 25
мкм и E
а

=

79 МДж/кмоль, так и при диаметре

частиц

δ

30 мкм и энергиях актив
а
ции 30, 45 и 60 МДж/кмоль
,

выход и горение летучих, а также воспламенение ко
к
совых частиц начинается до фронта зажиган
ия, а для

пыли с диаметром частиц
10

мкм

-

практически внутри

центрального

канала.

Значения координат (п
о оси факела) максимальных температур (Z
Tmax
) и мин
и
мальных концентраций кислорода (Z
O2min
), а также координат Z
w=0

точки с нул
е
вым
значением аксиальной компоненты скорости не совпадают. Значения Z
Tmax

смещ
е
ны в сторону зоны обратных токов, а Z
O2min



в ст
орону струи центрально кан
а
ла.

Ширина фронта зажигания Δ
Ф
З

при ее определении как Δ
ФЗ

=

Z
Tmax

-

Z
O2min

изменяется в диапазоне от 0,053 м до 0,070 м, а в случае Δ
ФЗ

=

Z
Tmax

-

Z
w=0



от
0,053 м до 0,124 м.


С уменьшением диаметра частиц и энергии активац
ии

(а и б

на рисунке 7
)

доля
сгоревшего топлива (летучих и коксовых частиц) во фронте зажигания, как и ра
з
мер последнего в поперечном направлении, возрастает. Увеличивается расход ср
е
ды, поступающей для удовлетворения эжекционных потребностей закрученной
с
труи вторичного воздуха, снижается уровень разряжения в приосевой области. И,
как следствие этого, угол раскрытия кольцевой струи (
β
р
), величина поверхности
фронта горения (F
ФГ
), объем ЗОТ (
ЗОТ
), а так же полнота выгорания топлива (β
сг
) и

17

тепловая мощност
ь потока среды ЗОТ, подводимой к фронту горения (
Q
ЗОТ
)
,

во
з
растают (рисунок
7
).



а
)




б)

Рисунок
7


Работоспособность предложенного второго варианта конструктивного испо
л
нения растопочной

горелки для котла ПК
-
40
-
1 (рисунок

1
,
вариант 2
) проверялась
при сжигании полидисперстной пыли механоактивированного угля микропомола с
R
90

=

10

%

и
n

=

1,4
и
E
a

=

52 МДж/кмоль при разных значениях её расхода (0,263
;

0,465
;

0,8 кг/с), последний соответствует номинальной мощности горелки
20 МВт
.

В этих исследованиях
пыль представлялась в виде 20 фракций с суммарной
удельной поверхностью 500 м
2

/

кг.
Результаты исследований показывают, что у
в
е
личение расхода топлива при сохранении начальных значений других характер
и
стик сред, подаваемых в горелку,

как и уменьшение
E
a

и

δ

(увеличение ƒ) моноди
с
персной пыли
,

приводит к большему раскрытию кольцевой струи
,

образованию
большего по размеру факела. Если в варианте при B
р

 0,263 кг/с зона обратных
токов представляет собой слабый вихрь, то в вариантах при B
р

 0,4165 кг/с и при

B
р

 0,8 кг/с она характеризуется образованием мощного симметричного вихря.
Протяженность зоны возвра
т
ного течения, как и размеры ее в поперечном сечении
и величина аксиальной скорости по длине
,

во
з
растают (рис
унок

8
).


Уровень температур в факеле растет
,

следовательно, повышается устойч
и
вость
воспламенения и полнота выгорания топлива. Из анализа этих р
е
зультатов следует,
что изменение тепловой мощности горелки в период пуска целесообразно выпо
л
нять только посредством расхода топлива, а начальный «поджог
факела при ра
с

18

ходе топлива в горелке около 0,4 кг/с. Из описанных выше результатов следует,
что:



предложенная

конструкция растопочной горелки позволяет сформировать
условия, которые способствуют стабилизации воспламенения и увеличению по
л
ноты выг
о
рания т
оплива при пуске котла;



для эффективной работы растопочной горелки необходимо использование
пыли с условной удельной наружной поверхностью не менее 300 м
2
/кг при эне
р
гии активации E
а

 79 МДж/кмоль.


Рис
унок
8


На основании проведённых исследований в
г
лаве 6

сформулированы рекоме
н
дации к разработке конструкции растопочной пылеугольной горелки

при традиц
и
онных исходных данных
. Они состоят из двух частей.

Первая

часть посвящена
определению диаметров D и d каналов горелки и угла
установки лопаток

β
л

аксиа
льного закручивающего аппарата в кольцевом канале
.
Этот выбор осуществляется из условия выполнения необходимых условий для во
с
пламенения и горения топлива (смеси пыли с воздухом), вводимого через це
н
тральный канал


создание (формирование) в приосевой обла
сти около среза п
о
следнего зоны обратных токов (
замкнутой или полузамкнутой
), для образов
а
ния
перпендикулярно расположенно
й

к направлению движения первичной смеси зоны
зажигания.

Вторая часть, во
-
первых, это проверка выполнения достаточности условий по
обе
спечению устойчивого горения топлива при тех характеристиках пыли, кот
о
рую предполагается
использовать при растопке котла
;

во
-
вторых, определение д
о
стигнутой при этом степени выгорания
;

в третьих,
-

какой воздушный режим в г
о
релке следует поддерживать с уч
ётом требуемой её тепловой мощности (необх
о
димой для составления режимной карты).

Она
выполняется при помощи

численн
о
го моделирования процесса горения в заданном пространстве движения сред, ист
е
к
ающих

из каналов горелки, с использованием программы
Fluent

и
ли аналоги
ч
ных
ей. Для её проведения необходимы навыки работы в этих программах.


19

ОСНОВНЫЕ
ВЫВОДЫ

1.

Разработана конструкция растопочной двухканальной вихревой горелки с вв
о
дом пылевоздушной смеси

через её центральный канал
, воспламенение и усто
й
чивое горен
ие в которой при низких температурах сред обеспечивается форм
и
рованием около среза центрального канала неподвижного фронта зажигания и
использованием пыли повышенной реакционной спосо
б
ности
.

2.

Установлена степень влияния значений коэффициента стеснённости

К
ст
, пар
а
метра крутки n, соотношения диаметров каналов m и расходов сред в них при
двухканальном исполнении вихревой горелки на аэродинамическую картину т
е
чения
,

в том числе зону обратного течения, её характеристики. Определена о
б
ласть их значений, при ко
торых обеспечиваются необходимые аэродинамич
е
ские условия устойчивого горения.

3.

Расширены и углублены данные по коэффициенту сопротивления аксиального
лопаточного закручивающего аппарата. Установлено, что параметром, опред
е
ляющим
величину

коэффициента по
терь на закрутку потока ξ
зак
, является

n
прив
.

В

случае применения профилированных лопаток, его значение может быть опр
е
делено по зависимости:



4.

Разработана и реализована методика, позволяющая при численном моделиров
а
нии (с помо
щью программной системы Fluent) процесса горения найти влияние
на его устойчивость и интенсивность протекания параметров, характ
е
ризующих
сжигаемую пыль (E
a
, K
0
, ƒ)
,

начальных режимных условий её сжигания, ко
н
структивного исполнения самой горелки (
δ
, D, β
л
), а также стеснённост
и

того
пространства, в котором протекает горение.

5.

Установлено, что в качестве интегрального показателя угольной пыли, характ
е
ризующего способность ее к воспламенению (реакционную способность), нар
я
ду с 
daf

и кинетическими характер
истиками угля, следует использовать и вел
и
чину удельной поверхности. Наибольшее влияние ƒ на время протекания гор
е
ния проявляется в диапазоне от 200 до 500 м
2
/кг. Увеличение удельной повер
х
ности с 200 до 500 м
2
/кг приводит к сокращению времени
горения в 2
,25 раза, в
то время

как уменьшение энергии активации со 120 МДж/кмоль до
52

МДж/кмоль при ƒ  200 м
2
/кг приводит к снижению времени горения в два
раза.

6.

Показано, что уменьшение диаметра частиц монодисперсной
,

как и повышение
удельной поверхности полиди
сперсной пыли и более низкое значение энергии
активации угля
,

способствуют
р
осту угла раскрытия кольцевой струи, размеров
зоны обратных токов, поверхности фронта горения; повышению устойчивости
зажигания и увеличению степени выгорания пыли. Последняя у мон
оди
с
персной
пыли при прочих равных условиях больше, чем у полидиспер
с
ной.

7.

Установлено, что увеличение расхода топлива в растопочной горелке

до велич
и
ны
,

соответствующей её номинальной мощности

(
B
ном
)
, при неизменных расх
о
дах воздуха и характеристиках пы
ли приводит к повышению устойчивости

как

воспламенения, так и степени выгорания топлива.
Р
озжиг растопочной горелки
целесообразно осуществлять при расходе топлива

не менее
50

%

от
B
ном
, а затем,
при необходимости, снижать его.

8.

Даны рекомендации по разра
ботке конструкции двухканальной растопочной
пылеугольной горелки.



20

Основное содержание работы представлено в следующих публикациях:

1.

Двойнишников, В.А. Конструкция пылеугольной растопочной вихревой г
о
релки и численное исследование ее работоспособности [Текс
т] / Двойни
ш
ников В.А., Хохлов Д.А. // Теплоэнергетика.
-
2013.
-
№6.

с
. 12
-
18

2.

Двойнишников, В.А. Влияние характеристик угольной пыли на эффекти
в
ность работы вихревой растопочной горелки [Текст] / Двойнишников В.А.,
Ларков А.В., Хохлов Д.А
. // Энергетик.
-
2
013.
-
№8.

с
. 47
-
51

3.

Двойнишников, В.А.

Исследования влияния соотношения диаметров канала и
угла установки аксиальных лопаток вихревой горелки на распределение скор
о
стей в её выходном сечении
[
Текст
]

/ Двойнишников В.А., Князьков В.П., Хо
х
лов Д.А. //
XVIII

МНТК «Информационные средства и технологии
:
сб. тр.

Москва, 2010 г.

с. 150
-
157

4.

Хохлов, Д.А. Аэродинамические исследования вихревой горелки
[
Текст
] /
Хо
х
лов Д.А., Двойнишников В.А.

//
XVII

МНТК студентов и аспирантов радиоэле
к
троника, электроника и энерг
етика
:

сб. тез. докл.

Москва, 2011 г.

с. 255

5.

Хохлов, Д.А. Влияние конструктивных параметров аксиального лопаточного з
а
вихрителя на его аэродинамическое сопротивление
[
Текст
] /
Хохлов Д.А., Дво
й
нишников В.А. //

XVIII

МНТК студентов и аспирантов радиоэлект
роника, эле
к
троника и энергетика
:

сб. тез. докл.

Москва, 201
2
г.

с. 2
64

6.

Двойнишников, В.А. Разработка и обоснование работоспособности растопочной
горелки для сжигания «механоактивированного угля на котле ПК
-
40 Беловской
ГРЭС
[
Текст
]

/ Двойнишников В.А.,

Ларков А.В., Хохлов Д.А. // Втор. Всеро
с
сиск. науч.
-
практич. конф. Повышение надёжности и эффективности эксплуат
а
ции электрических станций и энергетических систем (Энерго 2012)
:
сб. тр.

Москва, 2012 г.

с
. 176
-
178

7.

Хохлов, Д.А. Исследование эффективности
аксиального лопаточного аппарата
вихревой горелки
[
Текст
] /
Хо
х
лов Д.А., Двойнишников В.А. // Специал. Науч.
-
практ. конф. мол. спец. Современные технологии в энергетике


основа

повыш
е
ния надёжности, эффективности и безопасности оборудования ТЭС
:

сб. докл.


Москва, 2012 г.

с
. 23
-
28

8.

Хохлов, Д.А. Разработка и обоснование конструкции пылеугольной растопочной
горелки
[
Текст
]

/ Хохлов Д.А., Двойнишников В.А. //

VIII

Всеросс. конф. с ме
ж
дунар. участием Горение твёрдого топлива
:

те
з. докл.

Новосибирск, 2012

с
.
138
-
139

9.

Двойнишников, В.А. Разработка и обоснование конструкции пылеугольной ра
с
топочной горелки
[
Электронный ресурс
]

/ Двойнишников В.А., Хохлов Д.А. //

VIII

Всеросс. конф. с междунар. участием Горение твёрдого топлива
:

сб. тр.

Новосибирск, 2012

Режим д
оступа
:

http://www.itp.nsc.ru/conferences/gtt8/files/37Dvoynishnikov.pdf

10.
Хохлов, Д.А. Растопочное горелочное устройство, использующее твёрдое

то
п
ливо / Хохлов Д.А., Двойнишников В.А. //

XIX

МНТК студентов и аспирантов
радиоэлектроника, электроника и энерг
етика
:

сб. тез. докл.

Москва, 2013

г.

с.
202



Приложенные файлы

  • pdf 13935759
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий