Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
а=а0(1 -етпх)\ (4.35)
ic = 1 - е"“2, (4.36)
где а0 — коэффициент расхода воздуха, подаваемого для горения топлива; т и п — коэффициенты, являющиеся функцией длины факела; х — расстояние от выходного сечения горелки. Коэффициенты т и п в соотвествии с особенностями подсоса и горения факела принимали из следующих соображений. Считали, что в пределах длины пути подсоса / (ограниченной значением а = 1) сгорает 85 % топлива, остальная часть топлива расходуется в зоне догорания. Полную (по суммарному недожогу) длину факела принимали равной /ф = = (1,43-ь2,0)/п (при этом <73 = 1 - к = 0,02). Соотношение между длиной факела, определяемой по суммарному недожогу, и длиной пути подсоса примерно соответствует соотношению между длиной факела, определяемой по недожогу на оси, и стехиометрической длиной.
Характер кривых аг и к был показан на рис. 4.13, на котором V = /п - 2 м (2 м — расстояние от начала факела до начала ванны), Ln' = ln'/Lt (Le — длина ванны печи).
36
На рис. 4.13,6 кривые 1-5 характеризуют изменение степени выгорания топлива по длине факела при отношении /ф//п = 1,43, при этом расчет проводился по формуле (4.36).
_ особенности мазутного факела
В теории газового факела довольно подробно и конкретно описаны те закономерности, которыми подчиняются процессы в этих факелах. Естественно, при изучении вопросов организации мазутного факела следует в максимальной степени использовать общие закономерности струй и газовых факелов и при этом учесть особенности, свойственные мазутным факелам. К сожалению, экспериментальных данных, касающихся диффузионных мазутных факелов очень мало, потому что постановка экспериментов с мазутным факелом значительно сложнее постановки экспериментов с газом. Сами процессы в мазутном факеле гораздо сложнее: если в газовом факеле смешивается и горит газ с окислителем, то в мазутном факеле происходят сложные процессы распиливания жидкого топлива, испарения, пиролиза и горения капель, выделения сажистого углерода, коксового остатка, их сгорание и т.д. Тем не менее для диффузионных факелов жидкого топлива, представляющих двухфазные горящие струи, требующих в процессе горения распыленного топлива струйного смешения с окислителем, было предложено в первую очередь использовать развитые выше аэродинамические подходы к расчету длин факелов.
За основу расчета была принята формула (4.16) для стехиометрической длины свободного факела, полученная на основании аэродинамических закономерностей неравноплотностных газовых струй. При этом исходили из того факта, что факел жидкого топлива часто формируется с помощью пневматических форсунок, которые создают двухфазные турбулентные струи с высокими скоростями истечения, при которых влиянием подъемных архимедовых сил можно пренебречь (в соответствии с формулами (4.13) и (4.26), и тогда формула (4.16) может быть принята за основу аэродинамического расчета.
Тогда для факела жидкого топлива отношение начальной и стехиометрической концентрации топлива по массе (соответственно С0 и С ) можно считать равным
с0 _A,p,0+gрппар^ (4 37)
Сех
W ?() — теоретически необходимое для горения жидкого топлива количество окислителя (воздуха) при а = 1,0, м3/кг (при нормальных условиях); gp — удельный расход распылителя, кг/кг; gp(rap) — удельный расход распылителя — пара,
37
кг/кг. При использовании других распылителей, не являющихся топливным балластом (компрессорный воздух, кислород) gp(mp> = 0.
Тогда в соответствии с формулами (4.16) и (4.37) для определения стехиометрической длины мазутного факела в условиях свободной струи получаем выражение
7СВ L Г> 4- ег(пПар
= 5,7Е—————. (4.38)
А> яР
При этом критерий неравноплотности 5 для мазутного факела можно вычислять по упрощенному выражению (см. формулу (4.17))
(4.39)
В случае распыливания мазута природным газом (газомазутный факел) величина
Сп Ln + erZ,n
— = -°— ---0-, (4.40)
Qx &p+gr
где Lj — теоретически необходимое для горения газа количество окислителя (воздуха) при а = 1,0, кг/кг; gr — удельный расход природного газа, кг/кг мазута.
Величину фактора неравноплотности горящей струи у для мазутного факела можно определить по выражению (см. формулу (4.18))
Уф= S(TmJTJ’ (4-41)
где Ттт — максимальная температура факела, К; Ти — температура струи при отсутствии горения, К.
В частности, для высокотемпературных печей, принимая Гтах = 2273 К и Тн = = 1073 К (равной температуре воздуха для горения) при %ф = 0,7 получаем значение
ц/ф = 0,7-(2273/1073) = 1,48.
Величину 9 в соответствии с формулой (4.19) можно принять равной 9 = pj рр, где рн и рр — действительные плотности, соответственно, воздуха для горения и распылителя на выходе из форсунки, кг/м3.
При приложении формулы (4.18) к мазутному факелу следует дополнительно учесть особенности формирования аэродинамики и горения двухфазной
38
струи, создаваемой пневматическими форсунками, по сравнению с однофазной газовой струей. Некоторые особенности аэродинамики двухфазных струй были установлены Г. Н. Абрамовичем. Он показал, что в зависимости от соотношения количеств движения, вносимых в струю топливом и распылителем, жидкая фаза будет или удлинять, или укорачивать факел по сравнению с длиной факела однофазной струи. Поскольку у пневматических форсунок количество движения, вносимое топливом, невелико, то, жидкая фаза оказывает незначительное влияние на процесс перемешивания. Однако это было бы справедливо, если бы поля концентраций однофазной и двухфазной струй, а также углы раскрытия были совершенно тождественными. В действительности указанное тождество далеко не всегда имеет место.
