Плотность излучения факела в топке котла БКЗ-210-140 Текст научной статьи по специальности «Физика»

ПЛОТНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ ФАКЕЛА В ТОПКЕ КОТЛА БКЗ-210-140

М.А. ТАЙМАРОВ, В.М. ТАЙМАРОВ, Е.Г. МАКСИМОВ, Д.Г. ХУСАИНОВ Казанский государственный энергетический университет

Приводятся результаты исследования интегральной плотности падающих потоков излучения факела в топке котла БКЗ-210-140 в зависимости от ее высоты при работе на уренгойском газе.

Введение

Энергетические котлы средней мощности характеризуются разнообразием исполнения компоновки топочных камер. Например, топки с гладкотрубными экранами могут быть выполнены на основе шамотной кладки и на основе плит ПОШ из огнеупорного цемента. Степень черноты топочного объема при этом будет довольно сильно различаться [1]. На интенсивность излучения ядра факела влияет также коэффициент избытка воздуха и закрутка факела. Так как основная доля теплоты от продуктов сгорания пароводяной смеси передается путем излучения, то интенсификация процессов радиационного теплообмена прямым образом влияет на повышение экономичности работы котла. В этой связи экспериментальные исследования интенсивности излучения факела в зависимости от конструктивных характеристик топки, от организации топочных процессов с целью оптимизации экономичности работы энергетических котлов являются актуальными. В данной работе опыты проводились на Казанской ТЭЦ-2 на котле БКЗ-210-140 №9 при полной нагрузке котла.

Методика экспериментального исследования

В основу методики экспериментального исследования положены послойные измерения по высоте, глубине и ширине топки падающих от факела на поверхности нагрева потоков теплового излучения. Измерения падающих интегральных лучистых потоков проводились радиометром полного излучения [2]. Температура факела измерялась оптическим пирометром ОППИР-017 и термозондом на основе хромель-алюмелевой термопары в каолиновой обмотке. Градуирование радиометра полного излучения выполнялось по эталонному излучателю - трубчатой модели абсолютно черного тела. Нагрев излучающей полости в лабораторных условиях осуществлялся с помощью электропечи накаливания. В станционных условиях использовался трубчатый эталонный излучатель, полость которого нагревалась продуктами сгорания топлива в котле. Подробно методика измерений описана в работе [2].

Экспериментальные результаты и их обсуждение

На рис. 1 представлены измеренные через лючки с помощью радиометра значения интегральной поверхностной плотности падающего излучения qп (кВт/м ) на фронтовой экранной поверхности нагрева котла БКЗ-210-140. Паропроизводительность котла БКЗ-210-140 при работе на топливе «уренгойский газ» составляла Дк=200 т/ч; содержание кислорода, измеренное в опускном газоходе,

© М.А. Таймаров, В.М. Таймаров, И.А. Д.Г. Хусаинов Проблемы энергетики, 2005, № 9-10

составляло О2=2,4 % (по объему); температура уходящих газов *ух=160 °С. На котле БКЗ-210-140 установлены сдвоенные плоскофакельные горелки (4 газовых и 4 пылеугольных) по углам поперечных сечений топки на отметке 9,2 м со стороны боковых стен. Расстояние от углов боковых стен топки до выходного сопла горелок составляет 1,6 м.

22,4

19,4

17,0_£_

13,9

12,5 ^

9,4

132,6

О

222,2

О

134,9 О

24С

О

■€> 370

- О 637,8

О 231,4

О 268,1

О

О

591,8

183,1

353

9,2

Уровень

горелок

7,7

Рис. 1. Распределение потоков падающего излучения от факела (кВт/м ) по лючкам на

фронтовой экранной поверхности нагрева котла БКЗ-210-140 (Д = 200 т/ч; О = 2,4 %; Ьух = 160 °С;

топливо- уренгойский газ)

Угол подъема выходного сопла горелки по вертикали равен 10°. Газовые горелки расположены параллельно над пылеугольными горелками. В пространственном расположении сдвоенные горелки направлены по касательной к окружности диаметром 1,087 м и обеспечивают закрутку факела по спирали с радиусом, относительно центральной оси топки, около 0,5 м.

Характеристики состава сжигаемого уренгойского газа на момент проведения экспериментов были следующие:

поставщик - ООО Таттрансгаз через ГРС-5, уренгойское месторождение;

метан - 98,44 % (объемных);

этан - 0,483 %;

пропан - 0,162 %;

азот - 0,768 %.

Теплота сгорания низшая 7979 ккал/м3 при нормальных условиях. Плотность при нормальных условиях 0,679 кг/м3.

Из анализа распределения плотности падающих потоков #п (см. рис. 1) видно, что значения qп распределены неравномерно по поперечным сечениям топки. Так на отметке 9,4, практически на уровне горелок, плотность потока, измеренная через левый лючок, составляет #п = 637,8 кВт/м2, а измеренная через правый лючок составляет qп = 591,8 кВт/м2. Относительное выравнивание падающих потоков излучения от факела наступает на отметке 22,4 м.

На рис. 2-5 приведены результаты послойных измерений температуры факела, выполненные с помощью термозонда на основе хромель - алюмелевой термопары.

700

600

500

400

1 1 //юг/,°С 1

К-К -

- Ґ -

1 1 1

Рис. 2. Распределение температуры Ла^ по

поперечному сечению в зависимости от расстояния 1 от фронтальной стенки во внутрь топки котла №9 БКЗ-210-140 КТЭЦ-2 (послойное измерение через лючок №32 - правый на фронтальной стенке на отметке 22,4 м; топливо - уренгойский газ, паровая нагрузка Дк = 200 т/ч, О2=2,4 %, *ух=160 °С)

о 0,5 Х-Х ігасе I

1,5

к м

2,5

Рис. 3. Распределение температуры Мац по

поперечному сечению в зависимости от расстояния ^ от фронтальной стенки во внутрь топки котла №9 БКЗ-210-140 КТЭЦ-2 (послойное измерение через лючок №31 - средний на фронтальной стенке на отметке 22,4 м; топливо - уренгойский газ, паровая нагрузка Дк=200 т/ч, О2=2,4 %, ґух=160 °С)

Рис. 4. Распределение температуры ікаг^ по

поперечному сечению в зависимости от расстояния 1 от фронтальной стенки во внутрь топки котла №9 БКЗ-210-140 КТЭЦ-2 (послойное измерение через лючок №27 - правый на фронтальной стенке на отметке 19,4 м; топливо - уренгойский газ, паровая нагрузка Дк=200 т/ч, О2=2,4 %, *ух=160 °С)

Рис. 5. Распределение температуры tharj по

поперечному сечению в зависимости от расстояния ^ от фронтальной стенки во внутрь топки котла №9 БКЗ-210-140 КТЭЦ-2 (послойное измерение через лючок №26 - средний на фронтальной стенке на отметке 19,4 м; топливо - уренгойский газ, паровая нагрузка Дк=200 т/ч, О2=2,4 %, ^х=160 °С)

Обработка первичных экспериментальных данных и построение графиков проведены с использованием программного обеспечения МаШСа^

Как видно из представленных на рис. 2-5 результатов, послойные измерения температуры факела через средние лючки давали более высокие значения температуры факела. Закрутка факела наиболее сильно проявляется на нижних отметках высот, то есть ближе к горелкам. Пристеночная область факела на © Проблемы энергетики, 2005, № 9-10

расстоянии 0,4-0,5 м от внутренней обмуровки имеет, по сравнению с областью на расстоянии 1,0 м, значения температуры в среднем на 60 °С выше. Таким образом, при закрутке факела сказывается не только возрастание падающего потока излучения за счет устранения явления самопоглощения пристеночного слоя, но и возрастает коэффициент теплоотдачи конвекцией.

На рис. 6 проведено сравнение полученных данных с результатами

других авторов.

Как видно из рис. 6, плотность падающего потока в ядре факела при сжигании мазута практически равна плотности потока при сжигании газа с закруткой факела. Однако значения плотности падающего потока с

увеличением высоты топки для котла

БКЗ-210-140 быстро уменьшаются, что

. . .. ( , объясняется выравниванием

Рис. 6. Поверхностная плотность температуры пр°дукт°в (Х°рания по

излучения факела qn в зависимости от поперечному сечению топки.

высоты топки Н при сжигании мазута в котле ТГМП-314 [3,4] и сжигании

уренгойского газа в котле БКЗ-210-140 [настоящая работа]

Выводы

1. На интенсивность теплового излучения факела в топке котла БКЗ-210-140 сильно влияет закрутка факела. В зонах с закруткой факела плотность падающего потока от факела увеличивается на 7,8 % по сравнению с зонами со слабой закруткой факела или без закрутки.

2. При сжигании уренгойского газа с закруткой факела плотность падающих от факела потоков излучения в зонах закрутки факела при сжигании газа практически равна плотности излучения факела при сжигании мазута.

3. При сжигании газа с закруткой факела коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания в области интенсивной закрутки возрастает за счет интенсификации конвективного теплообмена к экранным поверхностям.

Summary

The findings of investigation of integral density of dropping radiation fluxes of a plume in a furnace of the boiler BKZ-210-140 is resulted by activity on urengoi gas in altitude function of a furnace.

Литература

1.Блох А.Г. Теплообмен в топках паровых котлов. - Л.: Энергоатомиздат, 1984. - 240 c.

2. Таймаров М.А. Лабораторный практикум по курсу «Котельные установки и парогенераторы».- Казань: КГЭУ, 2004.- 108 с.

3. Макаров А.Н., Воропаев В.В. Моделирование факела излучающими цилиндрами и расчет теплообмена в топке парового котла ТГМП-314// Теплоэнергетика.- 2004.- №8.- С.48-52.

4. Абрютин А.А. и др. Особенности теплообмена в топке мощного мазутного котлоагрегата с подовой компоновкой горелок// Электрические станции.- 1981.- №9.- С 27-30.

Поступила 05.09.2005