Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Все схемы осуществления рециркуляции в топочных устройствах условно можно разделить на 3 группы:
• естественная рециркуляция (прямая струя с внезапным расширением и закрученная струя);
• механическая рециркуляция;
• рециркуляционные вихри за телами плохообтекаемой формы.
Под кратностью рециркуляции понимается отношение рециркуляционного расхода к расходу первичной смеси. Оптимальное значение кратности рециркуляции, обеспечивающее стабильность факела, зависит от многих факторов: состава газа, способа его сжигания, конструкции топочного устройства и т.д.
В промышленных установках стабилизация пламени осуществляется часто при помощи керамических туннелей (прямоточная схема с внезапным расширением). Струя газовоздушной смеси, выходя из насадка горелки в туннель,
25
расширяется, так как диаметр туннеля выполняется обычно равным 2,5 диаметра насадка (Dr = 2,5d). В головной части туннеля между его стенками и струей образуются вихревые зоны, в которые осуществляется рециркуляция продуктов сгорания. Непрерывная подача к корню факела раскаленных продуктов сгорания обеспечивает устойчивое зажигание газовоздушной смеси на выходе из горелки. Раскаленные стенки туннеля уменьшают прямую отдачу факела и приближают температуру туннеля к теоретической температуре горения. А. М. Левин провел теоретическое исследование по определению оптимального размера горелочного туннеля. Анализировалось влияние турбулентного массообмена между транзитной струей и зонами рециркуляции на скорость реакции и определялись условия, когда эта скорость будет максимальной. При этом учитывалось, что рециркуляция продуктов сгорания к корню факела нагревает свежую газовоздушную смесь, но в то же время снижает в ней концентрацию горючего и окислителя. В указанной работе найдена зависимость между значениями турбулентного массообмена и геометрическими размерами туннеля и показано, что широко используемое в практике отношение диаметров Did = 2,5 является оптимальным.
Устойчивость горения при стабилизации пламени с помощью плохо обтекаемых тел достигается непрерывным поджиганием горючей смеси продуктами сгорания, рециркулирующими в зоне, образующейся за телом. Устойчивость процесса зависит в этом случае не только от источника поджигания, но и от внешних условий, т.е. от того, какое количество теплоты получает свежая смесь и как в связи с этим развиваются в ней химические процессы. Одним из определяющих факторов в процессе стабилизации является соотношение между временем, необходимым для подготовки смеси к горению, и временем контакта горючей смеси с поверхностью зоны.
Стабилизация с помощью аэродинамических методов, например, методом встречных струй, позволяет в широком диапазоне регулировать процесс горения, т.е. управлять факелом. Это связано с существенным отличием структуры течения по сравнению с обтеканием тел плохообтекаемой формы. Проведенными исследованиями было установлено, что для плохообтекаемых тел размеры зоны циркуляции не зависят от скорости набегающего потока. В то же время увеличение скорости встречной струи позволяет сильно изменять зоны циркуляции и тем самым количество возвращаемых к корню факела высокотемпературных продуктов сгорания.
Для предотвращения проскока пламени часто насадок горелки охлаждается водой, воздухом или газом. При охлаждении уменьшается скорость распространения пламени в газовоздушной смеси и тем самым уменьшается вероятность проскока пламени в смесительную часть горелки. Имеются и другие способы стабилизации факела, но они применяются только в специальных газогорелочных устройствах.
26
1.1.2. Границы, зоны и длина факела
В данном параграфе и последующих параграфах в основном использованы работы В. Г. Лисиенко с соавторами.
_ Газовые факелы
В целом развитие газового факела определяется, как будет показано в дальнейшем, как характеристиками собственно газового потока, истекающего из сопла (с диаметром выходного сечения D(|), так и параметрами окружающей обстановки, в том числе подачей интенсификатора, параметрами воздушного потока и т.д. Примеры горелочных устройств газовых факелов приведены на рис. 4.10 и 4.11.
На рис. 4.10 представлено газовоздушное сопло УГТУ-УПИ горелочного устройства стекловаренной печи, а на рис. 4.11 — двухступенчатая горелка с регулируемой длиной факела ФСГ-Р конструкции УГТУ-УПИ.
Рис. 4.10. Газовоздушное сопло горелочного устройства стекловаренной печи: 1 — подача газа; 2 — подача интенсификатора компрессорного воздуха
Рис. 4.11. Конструкция горелки ФСГ-Р: а — общий вид горелки; б — вариант сопел переферийного подвода газа; 1 — внутренняя газоподводящая труба; 2 — сопло центрального подвода газа; 3 — наружная газоподводящая труба; 4 — сопла периферийного подвода газа
27
Рис. 4.12. Границы факела (на примере свободного факела природного газа Березово-Игримского месторождения, скорость истечения газа и>(| » 200 м/с): 1 — аэродинамическая граница; 2 — граница зоны горения (по q* = 2 %); 3 — граница зоны стехиометрических концентраций горящего факела (по а = 1); 4 — то же, для негорящей струи природного газа; / — длина пути подсоса; / и 1с^_ — стехиометрические длины горящего факела и негорящей струи; /ф — полная длина факела; / — длина факела по среднему недожогу
