CC BY
37
УДК 621.18
ВЛИЯНИЕ ТИПА ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР И ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ В ТОПКЕ КОТЛА БКЗ-320-140
© 2014 г. Е.И. Юрьев
Юрьев Евгений Игоревич - соискатель, кафедра «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. E-mail:yurjev.evgemy@yandex.ra
Yuryev Evgeniy Igorevich - applicant for a degree, department «Thermal Power Station and Thermotechnics», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). E-mail: yurjev. evgeniy@yandex.ru
Представлены результаты исследования топочного процесса (распределение тепловых потоков и температур) при сжигании природного газа в котле БКЗ-320-140 с вихревыми, прямоточно-вихревыми и плоскофакельными газовыми горелками, установленными на боковые стены топки.
Ключевые слова: горелка; численное моделирование; моделирование процессов горения; топка котла; природный газ; тепловой поток; температура.
The results of research of the furnace process (distribution of heat flux and temperature) for natural gas combustion in the boiler BKZ-320-140 with swirl, straight-flow-swirl and flat-flame gas burners mounted on the side walls of the furnace.
Keywords: burner; numerical simulation; combustion modeling; boiler furnace; natural gas; heat flux; temperature.
При переводе пылеугольного котла БКЗ-320-140 Южно-Сахалинской ТЭЦ-1 на сжигание газа в дополнение к пылеугольным горелкам на боковые стены топки были установлены вихревые газовые горелки, что нерационально. Для выявления решений, позволяющих повысить характеристики топочного процесса, выполнено численное исследование с помощью программного комплекса ANSYS CFX для: различных вариантов реконструкции вихревой горелки (ВГ); трех вариантов распределения воздуха по каналам прямо-точно-вихревой горелки (ПВГ); более пятнадцати вариантов различных сочетаний конструктивных и режимных параметров плоскофакельной горелки (ПФГ) [1].
Важнейшим фактором, влияющим на теплообмен излучением в топочной камере котла, является температура топочной среды. Для основных вариантов горелок построены графики распределения температур по высоте топки (рис. 1).
z, м 25
],;■::: ■ !4К: !■.;■:;. К:!::: ;.■■:;.) (■,■;:( Т К
Тс
средн
а
Т
1 м;
Z, м 25
I ,:.:;:■ . !-; ■:: ' - !-■:>:: И;;:, l-sf Т, К
Тсредн Тмакс ПВГ
1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
Тсредн ® Тмакс
Т, К
Рис. 1. Распределение максимальной и средней температуры по высоте топки: а - вихревая горелка; б - прямоточно-вихревая горелка; в - плоскофакельная горелка
б
z, м
в
На основании графиков можно сделать следующие выводы:
1) общая количественная и качественная схожесть характеристики для вихревых (ВГ) и прямоточ-но-вихревых (ПВГ) горелок;
2) для ПВГ в сравнении с ВГ характерен повышенный примерно на 40 °С уровень средней температуры в нижней части топки;
3) распределение максимальных температур для варианта с плоскофакельными горелками (ПФГ) качественно соответствует ВГ и ПВГ, но имеет пониженный максимальный уровень в среднем на 160 °С;
4) распределение средней температуры для ПФГ имеет качественное и количественное отличие от распределения для ВГ и ПВГ: отсутствие колебаний в зоне выше 6000 мм, повышенный максимум и общий уровень температуры в нижней части топки более чем на 100 °С.
На котле реализован ввод третичного воздуха через сопла значительного размера, размещенные на фронтовой стене (в данном случае функцию сопл выполняют пылевые горелки). В топочном объеме в районе ввода третичного воздуха наблюдаются зоны пониженных температур. В результате отмечены значительные градиенты по тепловос-приятию фронтового экрана (на участке длиной 1 м тепловой поток изменяется в 12 раз), а также сниженное тепловосприятие фронтового экрана относительно заднего (таблица).
Коэффициенты распределения тепловосприятия по стенам топки пст
Стена топки Фронтовая Боковая Задняя
ВГ 0,95 0,86 1,4
ПВГ-60 0,95 0,81 1,47
ПФГ 1,07 0,82 1,32
НТР 1 1 1
вающей повышенный уровень температур в нижней части топки (рис. 1), а также излучательной особенностью факела ПФГ: площадь излучения факела занимает 70 - 80 % горизонтального сечения топки, в результате чего наблюдается повышенный радиационный поток, падающий на скаты холодной воронки.
На основе результатов исследования выполнен расчет коэффициентов распределения тепловых потоков по ширине, высоте и между стенами топки с целью уточнения теплового расчета и расчета температуры металла стенок труб по нормативному методу теплового расчета (НТР) [2, 3], что позволяет применить результаты исследований в инженерной практике.
Разница в распределении тепловых потоков по ширине экранов топки для различных горелок несущественна (рис. 2 - 4). При этом распределение тепловых потоков по высоте топки имеет значительное отличие для различных типов горелок и несоответствие с распределением, приведенным в НТР (рис. 5).
Тепловосприятие для ПФГ смещено к нижней части топки, вследствие чего получена пониженная температура на выходе из топки. Данное явление можно объяснить общей аэродинамикой, обеспечи-
Пш 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5
0,0 0,1 0,2 0,3 ОА 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 -»-ПФГ -»-ПВГ —ВГ
Рис. 2. Коэффициент распределения тепловосприятия по ширине фронтового экрана
%
///
V
ь,
Пш 1,2
1Д 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5
У -—t ж
у & \ ■
Y
j /
f
а/
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 —»-ПФГ -»-пвг ег
Рис. 3. Коэффициент распределения тепловосприятия по ширине бокового экрана
11ш 1,3
Ь/Вт
Рис. 4. Коэффициент распределения тепловосприятия по ширине заднего экрана
Рис. 5. Коэффициент распределения тепловосприятия по высоте топки пв: 1 - ПФГ; 2 - ПВГ; 3 - ВГ; 4 - НТР 1998 г.; 5 - НТР 1973 г.; 6, 7 - оси горелок нижнего яруса и верхнего яруса ПВГ и ВГ; 8, 9 - оси горелок нижнего и верхнего яруса ПФГ. Обозначения - см. таблицу
Причинами несоответствия полученного распределения тепловых потоков данным нормативного метода служат значительная обобщенность коэффициентов в НТР и наличие ввода третичного воздуха через пылевые горелки, снижающего тепловосприятие фронтового экрана.
Поступила в редакцию
Литература
1. Юрьев Е.И. Совершенствование характеристик топочного устройства котла при переводе на сжигание природного газа // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2013. № 5.
2. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / под ред. Н.В. Кузнецова и др. М., 1973. 296 с.
3. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). СПб., 1998. 256 с.
19 февраля 2014 г.
