Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf

в крышке) и тангенциально (форсунками, установленными непосредст­ венно в воздушных соплах или вблизи них, параллельно или под неко­ торым углом к входящей воздушной среде). Исследования аэродина­ мики при аксиальном [35] и тангенциальном вводе топлива [34, 36] показали, что уже в непосредственной близости к входному сечению температура газов резко возрастает (в 3—4 раза). Неизотермический поток качественно сохраняет основную структуру изотермического: характер распределения по радиусу и по длине камеры тангенциаль­ ной составляющей скорости, статического давления и частично осевой скорости не изменяется.

Однако относительные величины скоростей и давлений претерпе­ вают существенные изменения. Так, относительная величина танген­

циальнои составляющей скорости се' в неизотермическом потоке

^ В Х

при аксиальном вводе топлива на 20—50%, а при тангенциальном в два с лишним раза превышает аналогичную величину в изотерми­ ческом циклоне. Естественно, что для различных точек рабочего про-

странства изменение отношения c. предопределяется полем темпе-

^ВХ

ратур, формирующимся в полном согласии с условиями сгорания топ­ лива.

Существенно, что сгорание жидкого топлива в циклоне сопровож­ дается возрастанием не только аксиальной, но и тангенциальной со­ ставляющих скорости. При этих условиях во вращающемся потоке не сохраняются момент количества движения и доля энергии, расходуе­ мая на его вращение. Что же касается тангенциальной составляющей

термическом потоке.

Закономерность распределения осевых скоростей в циклонной камере чрезвычайно сложна, поэтому проведенные аналитические ис­ следования не дают четких решений, позволяющих выявить зоны об­ ратных и кольцевых токов. В неизотермических условиях характер осевых скоростей качественно сохраняет свои основные особенности (рис. 61). Однако в количественном отношении осевые скорости су­ щественно меняются. При горении происходит резкое изменение тем­ пературы потока на входе и в циклоне (в 3—5 раз). Отвлекаясь от не­ равномерности температурных полей, обусловленной различием в рас­ пределении очагов тепловыделения в горящем потоке, и пренебрегая влиянием абсолютного давления на плотность газа вследствие его не­ значительности, можно записать :

153

Тогда в первом приближении, при идентичности массового расхо­ да через циклонную камеру, средняя относительная осевая скорость Zcp. гор при горении может быть принята как

Таким образом, при сжигании топлива -X z • увеличивается в 3—

* В Х

составляющая динамического напора пропорциональна абсолютной температуре. Поэтому подобие массовых осевых скоростей сохраняется лишь приближенно, так как в неизотермическом потоке местоположе­ ние основных зон изменяется (см. рис. 61).

В случае аксиального ввода топлива зона осевого обратного тока вблизи выхода уменьшается, а по мере удаления от последнего пол­

ностью исчезает. При = 0,34-0,35 осевой обратный ток вообще не

наблюдается.

154

Относительное статическое давление — ^ — по сравнению с хо- Р^вх/2

лодными продувками при горении возрастает, причем эта величина зависит также от способа подвода топлива в циклон и его вида. Зона разрежения (нриосевая) заметна лишь у выхода. В сечениях, уда­ ленных от него, статическое давление хотя и снижается от пери­ ферии к оси, но остается выше, чем в пространстве, окружаю­ щем камеру.

При тангенциальном вводе топлива внутри камеры наблюдается большое разрежение [36]. Несмотря на это обратный осевой ток от­ сутствует, так как локализуется в районе выходного сопла. Поток га­ зов в центре камеры направлен от крышки к выходному соплу. Отсут­ ствие обратного осевого тока при значительном разрежении в центре камеры, видимо, связано со значительным поджатием газов на выходе из циклона вследствие их расширения. Аналогичное явление наблю­ дается при изотермических продувках камер с небольшим диаметром выходного сопла. В центральной части камеры осевые скорости при горении возрастают сильнее, чем на периферии.

Рост относительных тангенциальных скоростей при горении со­ провождается изменением момента количества движения и пропор­

Отмеченное выше перераспределение составляющих вращающего­ ся неизотермического потока по сравнению с изотермическим не вно­ сит, однако, принципиальных качественных изменений в структуру потока [13], что дает возможность использовать результаты холодных аэродинамических продувок для оценки параметров работы огневых устройств. Необходимо учитывать зависимость критериев Ей от неизотермичности потока и выявить влияние горения топлива в циклонной камере на перепад давлений в ней.

Полагая в первом приближении, что ДРИЗот —ДРНеизот, можно за­ писать

Для решения задачи влияния процесса горения топлива на пере­ пад давления в камере необходимо привлечь экспериментальный ма­ териал, так как аналитическое ее решение из-за сложности явлений пока невозможно.

155

Обобщение экспериментального материала по гидравлическому сопротивлению циклонных топок электростанций «Уилтон» и «Уиттон» [37], технологических и топочных циклонов, исследованных на стенде КазНИИЭ, а также ряда других камер приведено на рисунке 62.

Рис. 62. Зависимость Eun*. по.-і от геометрии различных цик­

6 — ЦОПУ ДСЗ, открыты два

то же, изотермические про­ дувки. ч

Введение в аргумент уравнений (3.40), (3.41) поправочного коэффи­ циента Сгор, учитывающего влияние на АР горения топлива и соот-

вётствующёгб изменения температур, позволило получить выраже­ ние [12]

где Сгор = 1,2—1,3 — для жидкого и газообразного топлива; Сгор = 0,75—1,0 — для угольной пыли.

Аналогичные зависимости получены для EuVznojl и Еивк. пол. Удовлетворительное согласование расчетных значений с экспери­

ментом позволяет рекомендовать уравнение (3.46) для оценки гидрав­ лических сопротивлений циклонных камер.

АЭРОДИНАМИКА ПОТОКА ЦИКЛОННОЙ КАМЕРЫ С ВЕРХНИМ ВЫВОДОМ ГАЗОВ

В зависимости от требований технологического процесса для каж­ дого конкретного случая должны решаться вопросы, связанные не только с режимными параметрами процесса, но и конструктивным

156

оформлением агрегата. Анализ работы некоторых установок показал, что для осуществления лироселекционных процессов целесообразнее использовать циклонную камеру с раздельным выводом газов и рас­ плава (камера с верхним выводом газов). Такая конструкция камеры позволяет разделить газовую и жидкую фазы в пределах ее рабочего пространства, что исключает возможность обратных реакций, которые во всех случаях сопровождаются ухудшением технологических пока­

157