Расчет длины факела и интенсивности выгорания капель при сжигании мазута Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 66.041.45

М. А. Таймаров, А. В. Симаков, В. А. Егоров РАСЧЕТ ДЛИНЫ ФАКЕЛА И ИНТЕНСИВНОСТИ ВЫГОРАНИЯ КАПЕЛЬ

ПРИ СЖИГАНИИ МАЗУТА

Ключевые слова: мазутный факел, лопаточный завихритель, форсунки.

В диффузионной теории горения [1], используемой в данной работе , принята схема приведенной пленки и предполагается, что время выгорания капли определяется диффузионным переносом паров топлива и кислорода к месту горения, а также подачей тепла на испарение топлива и нагрев пара. Собственно кинетическое сопротивление горению ничтожно и им можно пренебречь.

The Keywords: black oil torch, scapular swirler, atomizers.

In the diffusive theory of the burning [1] used in given work, the scheme of the resulted film is accepted and it is supposed that time of burning out of a drop is defined by diffusive carrying over of steams of fuel and oxygen to a burning place, and also heat giving on evaporation of fuel and steam heating. Actually kinetic resistance to burning is insignificant also it is possible to neglect.

Введение

На рис. 1 представлена схема, соответствующая диффузионному горению капли

мазута.

Рис. 1 - Потоки теплоты и паров мазута и кислорода для диффузионного горения капли мазута по схеме приведенной пленки: ф - диаметр зоны поверхности горения; Тг -температура в зоне горения; ^ - диаметр зоны поверхности продуктов горения (пограничного слоя); d - диаметр капли мазута

Теплота сгорания (см. рис. 1) выделяется на поверхности горения с диаметром Ьг. Часть его идет к поверхности капли и расходуется на испарение и нагрев пара до температуры в зоне

горения Тг. Пары мазута с поверхности капли переносятся к зоне горения. К поверхности горения переносится с внешней поверхности приведенной пленки кислород. В зоне горения концентрации паров топлива и кислорода равны нулю. Соотношение же между поступающим к поверхности горения кислородом и парами топлива соответствует стехиометрии. Во внутренней части приведенной пленки между поверхностями горения и капли находятся лишь продукты реакции и пары топлива, а с наружной стороны - только окислитель и продукты горения.

Размер капли и толщина приведенной пленки, расположение зоны горения изменяются по мере выгорания капли. Поэтому следует учесть нестационарность процесса в пограничном слое. Однако в большинстве расчетов принимается во внимание, что плотность горячего газа в приведенной пленке в несколько тысяч раз меньше плотности жидкости в капле. Поэтому считается, что в каждый данный момент времени процесс в пограничном слое происходит квазистационарно.

При отсутствии рециркуляции газов в топку длина мазутного факела 1ф по аэродинамической оси при заданной полноте выгорания Р=0,97.. .0,995 [2,3] рассчитывается по формуле

1ф=Ав3(аг -1)-°,48

где А - коэффициент, учитывающий расположение горелок в топке. При одностороннем расположении А=1,1; Р- коэффициент полноты выгорания мазута; аг-коэффициент избытка воздуха в горелке; Вм- расход мазута на форсунку, т/ч; П -показатель удлинения факела при увеличении расхода мазута. Для форсунки ФУЗ-5000 показатель при расходе мазута 2,5 т равен 0,55, а при 5 т/ч - 0,33 [2,3].

Аэродинамическая ось факела проходит по геометрической оси горелки и по пересекающей ее вертикали, являющейся осью вертикального участка факела. Результаты расчета длины факела 1ф в зависимости от расхода мазута на форсунку приведены на рис. 2.

Рис. 2 - Длина факела 1Ф в зависимости от расхода мазута на форсунку Вм и

коэффициента избытка воздуха а

Относительное выгорание мазута по длине факела 1Ф рассчитывается по формуле:

Вмх/Вм=1-0,03 (х/1ф) ’ , (2)

где Вмх/Вм - отношение количества топлива, выгоревшего в факеле до сечения х, к количеству

топлива, поступившего в горелку.

Дальность полета отдельной капли мазута зависит от начальных диаметра и скорости капли. На рис. 3 приведены расчетные данные по относительному выгоранию мазута Вмх/Вм по длине факела в зависимости от зависимости от начальной скорости и (м/с) капель.

Если учесть, что диаметр горящей капли уменьшается в полете, то в этом случае уменьшается и дальность ее полета. Для капли максимального диаметра дальность полета будет также максимальной и длина факела могла бы быть принята равной этой дальности. Однако длина факела определяется не только условиями испарения топлива, но и условиями смесеобразования.

Внх/Вн

1,0

0,5

0

Рис. 3 - Относительное выгорание мазута Вмх/Вм по относительной длине факела 1ф в топке котла ТГМ-84Б при а=1,05 в зависимости от начальной скорости и (м/с): 1 - и = 38,46; 2 - и = 23,4

Изменение требований к полноте сгорания в конце факела соответствует удлинению факела, а абсолютно полному сгоранию теоретически соответствует 1ф = ю. На практике за длину факела 1ф принимают расстояние от устья горелки до того места факела, где недожог составляет 1%.

В вертикальных топках вследствие действия подъемных сил общая длина факела 1ф складывается из горизонтальной и вертикальной составляющих. Полученные расчетные данные по длинам горизонтального и вертикального участков факела для котла ТГМ-84Б для расхода мазута 5 т/ч и 2,5т/ч при коэффициенте избытка воздуха а=1,05 приведены в таблице -

1. Длина факела зависит от многих взаимосвязанных величин. Ею можно управлять изменением дисперсности распыливания, удельным расходом распылителя, давлением, круткой воздуха. Организация оптимального сжигания мазута, в том числе и длина факела 1ф, определяется конструктивными и технологическими характеристиками топки [4].

Таблица 1- Длины горизонтального Ьф и вертикального Иф участков факела для котла ТГМ-84Б для а=1,05

Расход мазута, т/ч Осевая скорость воздуха в сечении амбразуры с йп=0,84 М Длины участков факела, м

горизонтального Вф вертикального НФ

5 53,05 5,04 3,27

2,5 36,29 4,2 2,8

Параметр крутки п для горелки ГМУ-45 для осевого (внутреннего) и тангенциального (периферийного) завихрителей соответственно рассчитывался по формулам:

для осевого лопаточного завихрителя :

п0=(2тс(0,125(и£ 4 и8ВР-5(1в- )0’51§р/(7г(Он+Оо)(22л-5)2л(Он-Оо)], (3)

для тангенциального лопаточного завихрителя :

П0=(71(£7‘ - ;7^)°’5(2Ь2л)[81пр/((81п(71/2л)хС08(Р-71/2л)))], (4)

где йп, йо - наружный и внутренний диаметры цилиндрического кольцевого канала; Р - угол наклона лопатки к оси горелки; 2п -число лопаток; 5, 1_ - толщина и длина лопатки.

Выводы

При экспериментах параметр тангенциальной крутки был по номерам горелок равен 1,049. Углы установки лопаток и направления крутки равны по номерам горелок 1-6: 45лев/45прав/45лев/45прав/45лев /45прав;

При экспериментах параметр осевой крутки был неизменным и равен п0=3,1. Осевое закручивание во всех 6-ти горелках совпадает с направлением периферийного закручивания. Расход воздуха через периферийный канал 24,877 м3/с, расход воздуха через внутренний канал с осевой правой круткой 11,575м3/с, расход воздуха через центральный канал без крутки 1.519 м3/с.

Литература

1. Кнорре, Г.Ф. Теория топочных процессов / под ред. Г.Ф. Кнорре, И.И. Палеева. - М. - Л.: Энергия, 1966. - 492 с.

2. Таймаров М.А., Ахсанов М.М. Повышение эффективности работы энерготехнологических печей. Научное издание. Казань, КГЭУ, 2010. - 108 с.

3. Горелки газомазутные и амбразуры стационарных паровых котлов.. ОСТ 108.836.05-82. -55 с.

4. http://www.kstu.ru/1leveltest.jsp?idparent=1910

© М. А. Таймаров - д-р техн. наук, проф., зав. каф. котельных установок и парогенераторостроения КГЭУ, taimarov@rambler.ru; А. В. Симаков - асп. той же кафедры.