Файл: Найденов, Г. Ф. Газогорелочные устройства с регулируемыми характеристиками факела.pdf

перекрытия возрастает крутка потока, но до некоторого пре­ дельного значения, при котором дальнейшее увеличение пе­ рекрытия ведет только к росту гидравлического сопротивле­ ния воздушного тракта. Сопротивление возрастает и с уве-1 личением отношения диаметра центрального стержня, на котором крепятся лопатки, к диаметру цилиндрического канала. При этом по оси потока, за обрезом центрального стержня, растет зона завихрения.

Исследование на огневых стендах горелок с осевыми ло­ паточными устройствами было проведено ЦКТИ и ТКЗ совместно с Ростовской ТЭЦ [11]. Оценка работы горелки производилась по степени выгорания топлива на выходе из камеры сгорания, по длине факела, по тепловосприятию отдельных секций камеры, по температуре продуктов горе­ ния и сопротивлению горелки. Испытывались горелочные устройства с осевыми лопаточными устройствами, плоские лопатки которых были установлены под углами 30° 40°

и60°.

Врезультате проведенных исследований были сделаны выводы, что лучшее выгорание топлива имеет место при пери­ ферийной подаче газа, хорошо закрученном потоке воздуха и внутреннем смешивании.

ЦКТИ разработан проект нормалей на газомазутную го­ релку шести типоразмеров с осевым лопаточным устройством [47]. В горелках применена периферийная раздача газа и внутреннее смешение.

Для снижения сопротивления лопатки имеют прямой (параллельный оси горелки) участок на стороне входа возду­ ха и участок, повернутый на угол 50° на стороне выхода воздуха. В осевом лопаточном устройстве лопатки крепятся неподвижно, поэтому закрутка потока не изменяется во время эксплуатации горелки.

На рис. 5, б представлена схема горелки с тангенциаль­ ным лопаточным аппаратом, разработанной и исследован­ ной Р. Б. Ахмедовым [3]. Дутьевой воздух, проходя из короба в цилиндрический канал между тангенциально закре­

20

пленными лопатками, закручивается, благодаря тангенци­ альному вводу относительно оси горелки. Параметры потока изменяются перекрытием длины лопаточного аппарата ци­ линдрическим шибером.

В тангенциальном лопаточном устройстве воздух подает­ ся в цилиндрический канал не строго тангенциально, а под некоторым углом. Это является причиной того, что при угле наклона лопаток больше 40° в осевой области отсутствуют обратные токи. Увеличение угла наклона лопаток переме­ щает максимум тангенциальной и аксиальной скоростей по­ тока по направлению к оси вращения. При этом угол рас­ крытия факела уменьшается, а неравномерность распреде­ ления воздуха по окружности максимальных скоростей возрастает.

Конструкция закручивающего аппарата позволяет уве­ личивать начальную интенсивность крутки потока в процес­ се эксплуатации горелки перекрытием живого сечения ло­ паточного аппарата при помощи подвижного шибера, что, естественно,, повышает сопротивление горелки по воздуш­ ному тракту.

В горелках с улиточным закручивающим устройством (рис. 5, в) закрутка воздушного потока может быть увели­ чена частичным перекрытием проходного сечения танген­ циального патрубка языковым шибером. Эффект поджа­ тая потока в тангенциальном патрубке несколько ослабля­ ется из-за того, что до входа в цилиндрический канал поджатая струя расширяется в полости улитки. Улитка обеспечивает равномерную подачу воздуха по окружности цилиндрического канала, поэтому горелки с улиточным тан­ генциальным подводом, как правило, имеют незначительный коэффициент скоростной неравномерности. Однако при уве­ личении закрученности потока при помощи языкового ши­ бера неравномерность возрастает из-за нарушения принци­ па канала равной скорости. Наличие улитки увеличивает поперечный габаритный размер горелки, что иногда препят­ ствует их применению.

21

Исследование улиточных и простых тангенциальных под­ водов воздуха [41] показало, что сопротивление улиточного подвода больше тангенциального при одинаковых размерах диаметров цилиндрических каналов и одинаковых размерах тангенциальных подводов.

При простом тангенциальном подводе (рис. 5, г) закручи­ вание воздушного потока происходит непосредственно в ци­ линдрическом канале, в который подается воздух по танген­ циально расположенному патрубку. В тангенциальном патрубке, как и в улиточном устройстве, располагается язы­ ковый шибер, который служит для изменения интенсивнос­ ти крутки потока.

Простой тангенциальный подвод воздуха применяется в котельной технике реже, чем улиточный. Это можно объяс­ нить тем, что пылеугольные горелки ОРГРЭС и БабкокТКЗ имели улиточные регистры. Использование этих же регистров при переводе горелок на газ позволяло обходиться минимальной реконструкцией горелок. К тому же ввод воз­ духа непосредственно в цилиндрический канал приводил к тому, что закрученный поток имел большую скоростную неравномерность по окружности цилиндра, чем при улиточ­ ном подводе.

Исследованиями [31, 32, 33, 35, 36, 37, 38, 53, 54] были установлены зависимости параметров закрученного потока от конструктивных особенностей простого тангенциального подвода воздуха. При увеличении величины отношения a/D (рис. 4) неравномерность возрастает, а при а,Ю > 0,5 становится столь значительной, что такие устройства не представляют практического интереса.

С увеличением степени тангенциальное™ влияние длины подвода b/D и длины цилиндрического канала L/D на нерав­ номерность потока уменьшается. При a/D •< 0,25 это влия­ ние практически не сказывается.

Увеличение расхода воздуха при улиточном и простом тангенциальных подводах приводит к росту отрицательных скоростей в осевой зоне. При этом размеры зоны обратных

22

токов не изменяются. Поджатие струи в тангенциальном па­ трубке языковым шибером оказывает более сильное влияние на параметры закрученного потока в случае простого тан-

'генциального подвода по сравнению с улиточным подводом. Так, изменение величины отношения a/D от 0,45 до 0,25 при простом тангенциальном подводе приводит к росту диа­ метра зоны обратных токов в 1,4—1,5 раза, а в случае тан­ генциального улиточного подвода такое же изменение вели­ чины отношения a/D почти не оказывает влияния на диаметр зоны обратных токов. В этих же условиях средний угол подъема воздушного потока по спирали (по аналогии с вин­ товой линией) изменяется в 1,8 раза при простом тангенциа­

льном подводе и только в 1,1—1,15 раза — при улиточном:

R

^ftrdr

РСР ~ 0,5ю ’ ^

где р — угол подъема потока на расстоянии г по радиусу от оси потока; R — радиус цилиндрического канала.

Таким образом, изменение положения языкового шибера в случае простого тангенциального подвода более эффектив­ но влияет на параметры закрученного потока, чем при ули­ точном подводе.

На рис. 6, а показана горелка с лопаточным тангенци­ альным подводом воздуха и газа [321. Горелка имеет воздуш­ ный регистр в виде пустотелых поворотных лопаток. Через щели лопаток размером 4 X 234 мм газ подается в поток воз­ духа, который движется между лопатками, придающими ему тангенциальное направление относительно оси цилиндри­

ческого канала.

Такой тип горелок не получил широкого распростране­ ния из-за сложности и ненадежности конструкции. Чтобы горение не происходило внутри цилиндрического канала, горелка должна работать при малых нагрузках и большом избытке воздуха.

23

Рис. 6. Схемы горелок с редко встречающимися закручивающими воздух устройствами.

В плоскопламенной горелке [14] (рис. 6, б) закрутка по­ тока осуществляется при подаче дутьевого воздуха в цилин­ дрический канал через круглые отверстия 1, расположенные тангенциально по окружности камеры завихрения. Из газо­ вой камеры 2 через сопла 3 газ поступает отдельными струя­ ми в закрученный поток воздуха. Благодаря закрутке пото­

24

ка и плавному раскрытию амбразуры, факел горелки имеет большой диаметр в сечении, перпендикулярном к оси горел­ ки, и выгорает в тонком слое у поверхности кладки.

В плоскопламенной горелке конструкции Института газа АН УССР [30] для закрутки воздушного потока применено винто-лопаточное устройство (рис. 6, в). Дутьевой воздух направляется через тангенциальный подвод в цилиндриче­ скую часть корпуса, где, двигаясь между лопастью винта, трубой-стержнем, на котором крепится винт, и стенками кор­ пуса, приобретает вращательное движение. В коническом участке корпуса шаг винта уменьшается, а угол подъ­ ема винтовой линии сохраняется неизменным. На кониче­ ском участке возрастает центробежная сила, прижимающая основную массу воздуха к стенке корпуса. Уменьшение се­ чения для прохода воздуха повышает гидравлические сопро­ тивления воздушного тракта.

В обеих плоскопламенных горелках (рис. 6, б, в) закру­ чивающие устройства сложны в изготовлении и не позво­ ляют изменять крутку потока во время работы горелок.

По-другому осуществляется процесс интенсификации смешения в горелке, показанной на рис. 6, г [14]. Газ и воз­ дух разделены на несколько потоков, входящих тангенци­ ально к окружности горелки. По оси корпуса горелки на­ ходится центральный газовый канал, окруженный кольце­ вым каналом 1, по которому подается воздух. От канала 2 спиралеобразно расходятся прямоугольные каналы 3, за­ канчивающиеся на окружности корпуса горелки газовыми соплами. Л'ежду газовыми каналами расположены воздуш­ ные каналы аналогичной формы. Поверхность корпуса горел­ ки закрыта конусом из жаропрочного материала. Перемеши­ вание и горение смеси происходит в полости 4. В этой горел­ ке также не регулируется закрутка воздуха.

Таким образом, наиболее подходящей основой для газогорелочного устройства с комбинированным (тангенциальным и осевым) подводом воздуха является горелка с простым тан­ генциальным подводом воздуха и периферийной подачей

25

газа. Горелки с простым тангенциальным подводом просты в изготовлении, имеют сравнительно небольшой поперечный габаритный размер, что облегчает их монтаж на тепловом агрегате. Конструкция горелки позволяет легко осущест­ вить сочетание прямого незакрученного потока с закру­ ченным потоком, при этом расположение осевой трубы

определенного относительного диаметра (dTp = drp/D) в цилиндрическом канале горелки уменьшает скоростную неравномерность закрученного потока.

Газогорелочное устройство ГУ КВ (рис. 4) имеет следу­ ющие конструктивные размеры: длину цилиндрического

ки dtр = 0,5D.

При простом тангенциальном подводе из-за односторон­ него ввода воздуха ось струи в цилиндрическом канале пред­ ставляет собой некоторую винтовую линию, параметрическое

где х, у, г — координаты точки, лежащей на оси воздушной струи, движущейся по винтовой линии; ср — угол поворота потока (отсчет производится от радиуса цилиндрического канала, перпендикулярного к продолжению оси тангенци­ ального патрубка); R — радиус цилиндрического канала.

Такое движение потока является причиной неравномер­ ного распределения воздуха по окружности цилиндрическо­ го канала. С удалением от тангенциального ввода под дей­ ствием центробежных сил и трения о стенки канала нерав­ номерность несколько уменьшается.

Равномерность распределения воздушного потока по окружности цилиндрического канала горелки является так­ же важной характеристикой для всех вихревых горелок.

26

При неравномерном распределении воздушного потока в фа­ келе возникают местные недостатки воздуха, так как газовые струи обычно распределяются равномерно по окружности ‘цилиндрического канала. В этом случае даже при общем из­ бытке воздуха возможен значительный недожог, особенно при условии плохого перемешивания в топке.

Степень неравномерности расхода в устье горелки мож­ но определить из выражения [37 ]

где Q — расход через элементарную площадку, расположен­ ную вдоль радиуса выходного сечения устья горелки; Qcp —

ственно максимальный и минимальный удельные расходы через элементарные площадки по окружности сечения устья горелки. Неравномерность расхода связана с неравномер­ ностью распределения скорости по выходному сечению.

Принято скоростную неравномерность по окружности ка­ нала горелки определять на той окружности, где скорость потока имеет максимальное значение. Величина коэффициен­ та скоростной неравномерности на этой окружности опре­ деляется из выражения

минимальное и среднее -значение скорости на окружности

данного радиуса.

Поскольку в горелке по оси цилиндрического канала располагается подвод осевого воздуха, представляет интерес влияние осевой трубы на скоростную неравномерность по­ тока по окружности канала.

На рис. 7 представлены опытные данные об изменении величины скорости на окружности максимальных скоростей

27