CC BY
20
УДК 621.6.07S
ЭКСИСРНМЕПТАЛЬПОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ = АДИАЦИ01Ш0-К011ВС КТИВНОГ О ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКАХ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ ГАЗОТРУБНОГО КОТЛА
А. Г. Михайлов. П. А. Батракоз Омский государственный технический учиеерсгипет, ¿ Омск, Рve сам
Аннотация - Течения газов в топках, как правило» турбулентные. При горенпп проблема турбулеит-
НШЧИ ШМОАНСИИ lOIIOIHHIt-.lhHKIMII ijl.ih* I i||IJ \l 11 - Ml U 11ЧРСК H \l II [1 e.l Ml II H\l II И И МУЧННИСШ. Hi I Hll.lllo'lMfH
б пэлоэных устройствах влияют размерь: и конфигурация топочной камеры. расположение п тип горелок. характеристики среды. Различные метопы расчета теплообмена е топках лают противоречивые ре-
n.lhiaihL ДнИП KHIV.IIhHhlM 1Н1Д I КРрЖ |*-И11РЪ1 pt>4\.lh lillOK [1ХГЧГ1.1 MK.I4HIKV IKTIK-pHWHIHJIhHMH И i" CJ И^-
ДОВаНИЯ. Для этой цели спроектирована и изготовлена экспериментальная установка для исследования радпаипонно-конвектпзного теплообмена прп движении продуктов сгорания газообразного топлива в
К1Н21ЛИ\ ]МЧ.аИЧНОШ lt|>l>«|>tl. SM. Дпннин -«КПИ'рИМГН I И.акн»м УПИНШКИ ИреДНИШИЧСНЛ LID \l<> lf.lll|IIIK.1HHM
и псслелозанпя процессов сложного теплообмена между высокотемпературным газовым потоком и холодной поверхностью капала. Проводится описание характеристик приборов и оборудования.
Клюиееые слова: рлдпациовно-конвектпвиый теплообмен, газотрубный котел, экспериментальная установка.
I. ВВЕДЕНИЕ
Конечной целью любых не следовании язглегся получение количественных гавнсимосген. прелетазленных как функции аргументов, известных непосредственно ас постановке задачи. Теоретическое исследование мо-лип быть иоведено до лол с .уцени ю;1ьк.о при условии .юлною иыл.ш.лческлло решемих зшч. Однако в большинстве случаев довести аналитическое решение до получена« количественных зависимостей удается только путем существенных ;,-прошений, которые дают лишь приближенную оценку и иногда могут привести к
кеприкильным НЫНОДНМ R НЧПОЧЩГГ КрГМ» ЧИП« ЯНШШ ГИЧСГ.1ШГ ИП-ЛГД()№ШИ« |>i;ç* 1Г11Л(ИГХНИЧГХ'|1ИХ lipiHtJirV
является только лрпнцнпнхльней возможностью, практически не реализуемой из-за сложности и относительно высоких требований к точности н летальности решения поставленных задач. В связи с этим для решения задач i рнклм.инон: juqKariiqH, ьак прнни.ш, irnprivMcTKMr- жглгдекешин приходи va ; m > ■ i < tj ни i к -игнгримгь i;likhkimi-
нс следованиями [1,2].
ТТ nOTTAHORVA ЗАДАЧИ
Основные задачи экспериментальных исследований - проверка правильности теоретических предпосылок, качественное и количественное коучеппе протекающих процессов или стделышхязлешш.
Экспериментальные исследования б наиболее общем случае состоят ко следующих зтапоэ:
а) разработке; физической модели процесса;
б) составление программы и методики исследования:
в) раораооткс стенда и специальных приборов для лабораторных исследовании:
г) сооружение стендз и изготовление специальных измерительных приборов. наладка стенда, проверка контрольно-измерительных приборов н прозеденне предварительных опытов с иелыс уточнения методики исследования;
д) проведение лабораторных исследовании:
е) обработка результатов исследования, их анализ, корректировка физической модели или повторение лабораторных не следовании:
ж) составление окончательного отчета.
Ш. ТЬОУЛХ
На кафедре /Теплоэнергетика» ОмГТУ спроектирована и изготовлена экспериментальная установка для исследования радкационно-конвеклнвного теплообмена при движении продуктов сгорания газообразного топлива в каналах различного профиля. Схема экспериментальной установи! приведен? на рис. 1.
Рис. 1 Прннцнпнальная схема (з) п общи:! вид (б) экспериментальной установки
Установка состоит из следующих основных узлов: горелкн 3 с предварительной подготовкой топлнвовоз-дуокой смеси: камеры горения (топка) 1. которая находится внутри водяной рубашки 2: комплекса измерительных приборов Ь. 6. / [1. 2]: дымовой труоы 4.3 топке предусмотрено использование ореорення.
Для проведения анализа продуктов сгорания и измерения нх температур по длине экспериментального учзстка имеются окна. Во время работы окна плотно закрываются водоохлаждаемыми заглушками.
Для уменьшения потерь теплота в окружающую среду вся наружная поверхность корпуса ведяион рубашки изолирована.
Для экспериментальных исследований используется жидкое или газообразное органическое топлиео. Смесеобразование происходит в пределах корпуса горелкн 3. Регулирование процесса смешения осуществляется с помощью изменения подачи топлива в горелку. В камере горенкя создается избыточное давление.
Продукты сгсрания топлива, образующиеся в камере горения, отводятся через экспериментальный участок и удаляются через дымовую трубу 4 б атмосферу.
В экспериментальную установку включены также стационарные датчики, как датчики расхода воды 5 СГВ-
хромель - копегевые термопары ДТТТТ. (ХТС) для измерения трлтератури води и термопара ДТТЖ (Х4} 7, расположенные пс Есей дтнне топки, для определения температуры газа внутри топки, а также переносные контрольно-измерительные приборы: газоанализатор 5 -сТеето 335» и инфракрасный пирометр Кк120Э. Для из-уерения лслуоферичргкнх потоков лу^игтай энергии применяете? рагиометр
IV РР.ТУЛКТАТЫ экспрретиитгов
В :«*хулк1Я1Г 1цх»ьгдгни> «кт-ри мгнгялкн-»х рхлхм енцк-лглгны глгдунлциг кг. ичиьы ггмнграгуры \ллл внутри топочного объема, температур--,- гтенгч топки температуры охлаждающей длт.лкг-гти радиационная го-гтэнлятптдая теттлово-о потока и чокцентрация га-ивой гмеси ка выходе ич тлгтки
Лрп анализе эксперпмехгтальпых данных н сражении их с результатами расчетов для горения газообразного гсилнва в топке не крут логе профиля с использованием А№>У$ СТХ [1. 3] устанозлено. что распределение температур г ¿го зэк смеси по длине топхк зависит от формы профиля топки. Характер изменения экспериментальных н теоретических кривых на трафиках подобен (рис. 2, 3). Распределение максимальных температур находится в зоне формирования факела, а вне зоны идет понижение температур (рис 2,3).
Разтгппа между теоретическим и экспериментальным распределением температур по длппе топки (рис. 2, 3) составляет у эллипса 13.1 % (рис. 2). а у эллипса с поперечными ребрами - 14.3 % (ряс. 3).
о о. 7 г»,ч п.а п,я о.=г г.т о.и г,-э 1
Рис. 2. - Графики зависимости экспериментальных и расчетных дзнных по распределению температур по длнпе тонки с профилем в оорме эллипс (зеоребреппын)
__
Рнс. 3 1 рафики зависимости экспериментальных и расчетных данных по рас пред елешно температур по длине топки с профилем в ферме эллипс с оребрением внутри топочного о5ьема
Проведение основных балансовых опытов является одним из наиболее ответственных этапов работы [1, 4]. Балансовые испытания производят при стабилизированном режиме работы котла.
Бо избежание существенного изменения состояния поверхностей нагрева, что затрудняет анализ эхеперк-
МГН1ЯЛКНЫ< ;^ИННМХ. ГмЛИНСОНЫГ Ж ИКПЯНИМ НрПКО.ЦМГ Н С1|рлнингннк.г. (роки Тпшшч С.П^ШИ! (ХЧХ, ГЖИ1ЖИС)-
го в период проведения серии опытов, ке должна отклоняться более чем на ± 3 % от средней (для данного района). Опыты, лрозедешлле при более зпачггтелыллх отклопешеях ОН, из рэссмотрепня исключаются. На каждой производительности в диапазоне от минимальной до максимальной следует проводить не менее четырех сс-
НОКНЫ* И К()Н1]К1ЛЧНЫЙ (ШМГЫ КочфПЛЬН МИ ОИЫ1 КЫКХЯНМГ ТГ1 вглгд :чя ог.мжнмм г ¡ширмкои нг мгнгг гунн.
причем при организации кснтэсльаого опыта обязательно проводятся настройка и стабилизация режима занозе
[4, 5].
V. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Тгплонсш (Ъшанг киим (чнч днлягп н ка». для получения нргдп ашгни* о 1.[1ке]1шш:гак шиольчокини* п*м-лоты н выяснения распределения потерь, так и для контроля правильности проведенных испытаний и увязки отдельных опытов между еоЬой \А. Ь"|.
КПД (брутто) котла по обратному балансу 11]. %.
Поб?бр= 10С-^2 + Чз +• а4 ~ + с[е%
где ф, — потеря теплоты с уходящими продуктами горения. %; с^ - потеря теплоты от химической неполноты горения. % ; - потеря теплоты от механической неполноты горения с уносом, шлаком и провалом. %; q5 -потеря теплоты в окружающую среду. %: - потеря теплоты с физической теплотой шлака, провала и уноса, %_
При с лапта нин жидкого н газового топлива = 0 и ч4 = 0. но при неудовлетворительном режиме горения во ¿можно появление механического недожога в виде сажи даже при сжигании газового топлива При испытании котельных агрегатов на жидком и газовом топливе численная оценка механического недожога практически невозможна. Наличие сажи может быть обнаружено при осмотре отложений ш поверхностях нагрева остановленного котла или по окраске выбрасываемых в дымовую трубу продуктов горения.
Значения по балансовому расчету для топки с профилем вертикальный лллипе:
%бр 5р- 53,5 %;(]; = 55 = 1,5 %; =10 %, а для топкн в форме вертикально расположенный эллипс с внутренним оребрением: Л^ер бр = 54,9 %: с^ = 33,6 %: %= 1,5 %; ^ = 10 %.
Физическая теплота топлпва I},, учитывается в тех случаях, когда топливо перед поступлением в топку подогревается. Если подогрев топлива не производятся, то принимают 1фТ= 0.
При сравнении теоретических и опытных данных разница между теоретическим и экспериментальным распределением коэффициента полезного действия по длине топки (рис. 4) составляет 2.6 %
Рис. 4. Расчетные данные распределения = 1(Ке)
VI. ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1 Разработана и спроектирована экспериментальная установка для изучения процессов тепломассопереноса, сопровождающихся турбулентным горением газообразного топлива.
2. Данная установка позволила определить следующие величины н характеристики топкн: расход охлаждающей жидкости (воды); расход топлива (газа); температуры газовой смесн. температуры стенок, температуры охлаждающей жидкости; радиационную температуру (в дальнейшем радиационная составляющая теплового потока); экологические параметры данной установки (концентрации СО. СО;. КОх. О; на выходе из топки).
3. Проведены сравнения теоретических и опытных данных. Полученные данные по распределению температур по дтнне топки подтверждают достоверность выполненных расчетов, расхождения для топкн с формой в поперечном сечении эллипс составляют 13,1 % соответственно: для топкн с формой в поперечном сечении эллипс с поперечными ребрами - 14,3 % соответственно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Михайлов А. Г.. Батраков П. А. Эффективные поверхности теплообмена в топке газотрубного котла: монстр. Омск: Изд-во ОмГТУ. 2014. 120 с.
2. Dyban Е. P.. Mazur A I Heat transfer for a planar air jet striking a coucave I! Journal of engineering physics. 1969. Vol 17, no. 5. P. 1321-1325
3. Mikhailov A. G.. Batiakov P. A., Teiebilov S. V., Slobodina E. N. Gas-tube boilers: issues of clarification and thermal calculation ¡1 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines 2014. Nov. P. 1—4.
4. Zarichuvak Yd P.. Plarunov E. S., Kharkov A. V. Method for measurement of local thermal currents // Journal of engineering physics. 1975. VoL 28, no. 2. P. 171-176.
5. Kamenetskii B. Ya. Calculation of heat transfer in boiler furnaces during firing of fuel ш a bed // Thermal Engineering. 200S. Vol. 55, no. 5 P. 442^145.
