Крутка потока на выходе из горелки

Следует отметить в некоторой степени парадоксальное влияния крутки потока на выходе из горелки на характер движения газов в объеме топки:

• — вихревой факел не влияет на прямолинейный характер движения топочных газов в призматической топке, сохраняя ее прямоточный характер; закрученные потоки на выходе из вихревых горелок при развитии в топке создают локальные вихревые структуры, захватывающие топочные газы в нижней части топки;
• — прямоточные струйные факела способны сформировать вихревую топку, в результате взаимодействия группы прямоточных струй организуется интенсивное крупномасштабное вихревое движение, охватывающее весь основной объем топки.

Таким образом, вихревые факелы не могут сформировать вихревую топку, в то время как система прямоточных тангенциально ориентированных потоков способна сформировать вихревое движение во всем объеме топочной камеры, образовав вихревую топку.

Следовательно, начальная аэродинамическая структура факела, в частности параметры крутки, не сказывается в конечном счете на аэродинамической структуре потока топочных газов.

Влияние дальнобойности факела на аэродинамические свойства топочного процесса

Дальнобойность каждого отдельного факела имеет определяющее значение в развитии процессов коррозии, для распределения температуры в пристенной зоне топки, в процессах конвективного теплообмена с экранными трубами, локального проявления шлакования. Дальнобойность струи, развивающейся в топке, определяется исходными параметрами потока на выходе из горелки (скорость, диаметр амбразуры, закрутка, структура) и сносящим воздействием поперечного потока топочных газов. Она может быть оценена с достаточной точностью расчетным путем (см. раздел 2.2). Задача конструкторов и наладчиков — обеспечить оптимальное положение факела и продуктов сгорания в топке без непосредственного контакта с противоположной и боковой стенками при заданной интенсивности смешения.

Значение единичной мощности горелки для качества топочного процесса

Обстоятельная оценка значимости единичной мощности горелок и их числа в топке дана в работе А. А. Шатиля [6].

Сравнивая интенсивность турбулентности в зоне развития факела малых и крупных горелок, можно констатировать, что уровень турбулентности и интенсивность смешения топлива с воздухом для малых горелок затухают по длине факела на более коротком участке [7]. С увеличением мощности горелок индивидуальные зоны рециркуляции охватывают все большую часть объема топки, способствуя интенсификации смесеобразования. Таким образом, по условиям выравнивания состава и температуры в топке малое число крупных горелок предпочтительнее большого числа малых горелок.

Оптимизация при этом аэродинамических процессов сопровождается улучшением условий воспламенения и выгорания топлива. Это связано с тем, что протяженность и мощность зоны рециркуляции топочных газов к корню факела пропорциональны диаметру амбразуры горелки. Соответственно, при переходе от малых к крупным горелкам увеличивается время пребывания топливо-воздушной смеси в зоне эффективного горения, снижается максимум температур в факеле, выравниваются падающие потоки.

Экспериментальные сравнительные исследования топочного процесса на котле типа ТП-100 при использовании вихревых пылеугольных горелок различной мощности (35 и 70 МВт, соответственно 16 и 8 горелок, диаметры амбразур 1080 мм и 1500 мм) показали [8]:

• — заполнение сечения топки основным потоком факела для крупных горелок существенно больше;
• — отмечена большая интенсивность процессов воспламенения и горения для мощных горелок, для них температура газов на выходе из топки ниже на 50°;
• — относительная дальнобойность факела (по отношению к размеру амбразуры) для сопоставляемых условий идентична, но абсолютная дальнобойность пропорциональна размеру амбразуры.

В результате на вновь создаваемых котлах после 70-х гг. единичная мощность горелок уже достигала 70 МВт.