автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Теоретические основы повышения эффективности работы котельных установок

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРШКАЦЙИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусский научно-исследовательский теплоэнергетический институт

твенное объединение "Минскэнерго"

ТЕОРЕТИФСКИЕ основы ПОШПЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ

КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

о

((

На правах рукописи

БАЙРАПЕВСКИЙ Борис Аыуратович

Минск 1993

Работа выполнена в Белорусском научно-исследовательбком теплоэнергетическом институте Республики Беларусь.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор СЕДЕЛКИН В.М.

доктор технических наук, профессор БУБНОВ В.П.

доктор технических наук, профессор БОКУН И.А.

Ведущая организация - БЕЗШШИЭНЕРШПРШ, г.Минск.

Защита состоится " Э 1993 г. в час.

-п заседании специализированного совета ИГО АН Б ДО06.03.01 по 7!репу: 220109, Минск - Сосны, Шститут проблем энергетики АН Б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПЭ АН Б.

Автореферат разослан "

2€п 1993 г.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью учреждения, в л пух экземплярах просим направлять в адрес специализированного совета при ИПЭ АН Б: 220Ю9, Минск - Сосны, Институт гроблем энергетики АН Б, Специализированный совет ИПЭ АН Б.

Ученый секретарь специализированного совета, д'-ктор технических наук ^

Б.Е.Тверковкин

ОЩА.Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Переход народного хозяйства нашей страны на рыночные отношения в условиях нехватки электрических мощностей, возросших требований к охране окружавшей среды и кризисных явлений в плане поставки топлива ставит серьезные задачи в -области теплоэнергетики, как одной из ведущих отраслей промышленности. Опыт показывает, что осуществление природоохранных мероприятий в ряде случаев требует коренного пересмотра утвердившихся ранее конструкций горелок и режимов работы поверхностей нагрева котлов. В условиях эксплуатации бывают случаи, когда высокая температура воды.за котлом, а следовательно и температура уходящих газов, может быть снижена режимными мероприятиями до потребного температурного уровня в теплосети, установленной графиком. Исследования показали, что здесь большую роль играют соотношения массовых потоков теплоносителей: расходов воды через котлы, в теплосети и от бойлеров ТЭЦ. Выявление закономерностей этих потоков позволяет организовать рациональное распределение их, что в свою очередь способствует уменьшению до минимума, а в ряде случаев и до нуля разрывов между температурами воды в теплосети и на выходе из котлов. Низкотемпературная коррозия конвективных поверхностей нагрева водогрейных котлов в ряде случаев является результатом несовершенства конструкции и схемы циркуляции воды в 'них. В основе решения этой проблемы лежат особенности процессов лучистого и конвективного теплообмена через, поверхности нагрева котла. Выпускаемые заводами трубчатые воздухоподогреватели (ТВП) холодной ступени являются наиболее консервативными элементами котлов в плане своей конструкции и нерациональности температурных режимов работы.

Решение указанных проблем требует углубления знаний в вопросах теплообмена и распространения струйных потоков в топках и горелках котлов. Значительная часть таких задач решается путем модельных исследований. Поэтому вопросам усовершенствования практических методов моделирования в диссертационной работе уделено большое внимание.

Цельнаботы. Разработка комплексных мероприятий по стабилизации надежности и повышению экономичности теплоэнергетического оборудования на практике, внедрение которых примем шло к любой энергосистеме и ряде промышленных предприятий. Не исключено применение этих разработок к нетрадиционным конструкциям теплоэнергетического оборудования, которые утвердятся ь бпи:кайгаем будущем.

3

На основании выполненных исследований шш постижения указанной цели решены следующие задачи:

- разработаны практические метопы модельных исследований, доступные к осуществлению как силами НИИ, так и в условиях про-извопства; •

- разработана модель процессов тепло- и массообмена в ст~. руйных потоках, образованных взаимодействием коаксиальных встречных и.спутных ограниченных струй, характерных для форкамерных горелок;•

- выявлен ряд закономерностей в отношении распределения разнотемпературных потоков в пределах котельной и определено их влияние на. режимы работы котлов;

- разработаны варианты модернизации водогрейных котлов с традиционной (а.с.СССР М» •943493, 1010409) и каскадной (а.с.СССР Jf 992940) схемами питания, метопы расчета оптимальных режимов работы котла и котельной в целом;

- определены основные закономерности процессов теплообмена

и разработаны инженерные меиоды расчета трубчатых воздухоподогревателей холодной ступени разных модификаций: с неравномерным подогревом воздуха за калориферами, с трубами разных диаметров (o.e. СССР Ш& 699837, 821843, 966419), с ребристыми трубами и с электрообогревом труб (а.с. СССР ОТ 800497, 8I95I3).

Научную новизну представляют:

- результаты исследований в области моделирования теплофи-зических процессов при работе топок котлов, горелочных устройств, смесительных и струйных камер горения, воздуховодов и пр.;

- результаты экспериментальных исследований режимов работы циклонной камеры и рециркуляционных форкамерных горелок при сжигании газа и мазута;

- результаты анализа структуры струйных потоков в рециркуляционных камерах при холодных продувках и в условиях горения топлива. Разработка метопа расчета процессов распространения струй в форкамерной горелке и теплообмена их с ограждающими стенками;

- результаты исследования закономерностей распределения ра-знотемпературных потоков воды в пределах котельной и влияние этого ({актора на экономичность работы водогрейных котлов;

- "введение показателя, характеризующего степень загрязнения

поверхностей нагреса котлов в сравнении с их номинальным состоя*

Нием и применение этого показателя для расчета оптимального распределения нагрузок между водогрейными котлами; ■

- результаты исследования общего принципа каскадной схемы питания Са.с. СССР № 992940) и режимов работы водогрейных котлов по этому принципу;

- результаты анализа процессов теплообмена в трубчатых воздухоподогревателях традиционной конструкции, с трубами разных

диаметров, с ребристыми трубами и в случае электрообогрева труб.

Практическая ценность материалов исследования заключается в следующей:

- разработана система инженерных формул, позволяющих определить оптимальный масштаб модели и осуществить расчеты тепловых и аэродинамических характеристик объекта исследования, а именно: температур газов и ограждающих стенок камеры горения, коэффициентов Теплообмена, тепловосприятий и теплонапряжений в зоне горения, скоростей потоков газов и воздуха, сопротивлений каналов и устройства в целом;

- разработан метод расчета тепловых и аэродинамических характеристик рециркуляционных камер горения;

- высокотемпературный подогрев мазута рассматривается кан альтернативное мероприятие, компенсирующее затраты, вызванные ухудшением экономичности работы котла в связи с осуществлением мер по подавлению оксидов азота: двухступенчатого сжиганий, введения газов рециркуляции, увлажнения мазута, сжигания замазучен-ных вод и т.д.;

- разработан метод расчета оптимальных режимов работы котельной на основании фактических показаний штатных приборов с применением, вычислительной техники;

- разработаны практические рекомендации по увеличению эффективности эксплуатации водогрейных котлов традиционных конструкций; .

- обоснована целесообразность применения каскадной схемы питания теплообменников любых типов с целью передачи тепла с малыми перепадами температур теплоносителей на входе и выходе;

- разработаны принципы каскадной схемы питания водогрейных котлов разных типов с целью увеличения их надежности и экономичности;

- разработаны практические рекомендации по расчету и анализу работы трубчатых воздухоподогревателей и организации секцион-

ного подогрева воздуха в калориферах.

Методы исследования основаны на результатах:

- обобщения фактических режимов и опытных данных о работе оборудования и сопоставления их с установленными нормами, теоретическими предпосылками и опытными данными других исследователей с учетом сложившихся концепций по тому или иному вопросу на уровне мировых стандартов;

- анализа причин отклонения режимов работы оборудования от установленных норм;

- анализа принципиальных и фактических возможностей усовершенствования существующих конструкций оборудования и соответствующих технологий, контроля за качеством и производством электроэнергии и теплоты.

Достоверность научных результатов п выводов, полученных в работе определяется:

- правомерной последовательностью теоретического анализа, в частности при изучении процессов моделирования теплообмена и распространения струй в форкемерных .горелках, при изучении особенностей рекимов работы поверхностей нагрева водогрейных котлов, трубчатых воздухоподогревателей и т.д.;

- опытными данными и удовлетворительными результатами анализа их погрешностей (порядка 10-20$ при исследовании циклонной камеры и 4-12$ при исследовании работы форкамерных горелок на котле), что позволило разработать метод выбора и расчета конструктивных характеристик форкаыерных горелок в процессе их проектирования;

-• обоснованной оценкой недостатков фактических режимов работы оборудования, его конструкций .и методов контроля за эффективностью технологических процессов. Например, при исследовании, оптимальных режимов работы котельных, схем питания и циркуляции котлов, вопросов модернизации воздухоподогревателей и контроля за эффективностью работы Тс)Ц, котельных и теплосетей.

е

Автор защищает: материалы исследования, собранные в единый комплекс, которые могут быть использованы в порядке намечаемых программ по пути дальнейшего усовершенствования технико-экономических показателей в области теплоэнергетики, а именно:

- теоретические разработки в области молельных исследований; нетрадиционные методы анализа результатов опыта; инженерные формулы расчетов по определению режимов работы моделей, взаимосвязей между техническими характеркотиками модели и оригинала;

- методы оценки эффективности работы смесительных камер и вариантов компоновки вихревых горелок в топке котла в плане защиты ограждающих стен от попадания факела;

- результаты теоретических исследований в области процессов тепло- и массообмена при распространении потоков в смесительных форкамерах горения со спутными и встречными коаксиальными струями;

- результаты теоретических исследований по выявлению оптимальных режимов работы водогрейных котельных;

- варианты модернизации водогрейных котлов;

- принцип каскадной схемы питания водогрейных котлов традиционных и вновь создаваемых конструкций;

конструкции различных модификаций трубчатых воздухоподогревателей (ТШ) и результаты теоретических исследований особенностей процессов теплообмена в таких ТЕП;« методы их .расчета.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались: ..

- на научно-техническом совещании Оптимальное использование ^теплогенерирующих источников, осуществляющих теплоснабжение городов"-в г.Минске 12 июня 1981 г.;

- на Всесоюзном научно-техническом совещании "Повышение на-аекнссти водогрейных котлов типа ПТВМ и КВ-ГМ и схем теплоснабжения" в г.Риге 19-21 октября 1982 г.;

- на научном семинаре лаборатории энергопереноса ИТМО АН ЗССР в г.Минске в июне 1965 г.;

- на заседаниях теплотехнических секций НЮ Белэнергоремма-ггадки 18.05.84 г., 20.05.85 г., 24.01.86 г. и областного правления НТО Э и ЭП Минской области в мае 1986 г.;

- на заседании технико-экономического совет? Минскэнерго от [7.07.86 г.;

?

- на совместном заседании кафедры промышленной теплотехники и котельных установок и теплофикации Саратовского политехнического института, 25.03.92 г. ;■

- в виде официальных сообщений в 1983-87 гг. в НПО ЩТИ • (г.Ленинград), в ВТИ (г.Москва), во ВНИПЮНЕРГОПРОМ (г.Минск), в Союзтехэнерго (г.Москва), на Дорогобушский котельный завод (г.Верхне-Днепровск), в Производственное объединение "Сибэнер-гомаш" .(г.Барнаул), в Минэнерго СССР (г.Москва), в Министерство энергетического машиностроения (г.Москва).

По материалам диссертации имеется 50 публикаций, из них 8 авторских свидетельств СССР по изобретениям.

Ст2^кт^да_и_объем работы. Диссертация состоит из введения, 7-и глав, выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 340 страниц машинописного текста, 76 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 177 наименований и приложений на 34 странищх.

. О СЮ ВШЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

лано обоснование актуальности диссертационной работы, исходя из фактической ситуации, создавшейся в энергетическом комплексе страны в настоящее время. Сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность работы.

шн критический анализ и сформулированы

вопросы исследования.

При разработке различных типов горелочных устройств, топок теплообменных аппаратов и пр. широко применяется метол модельных исследований. В качестве моделей используются устройства геометрически подобные натуральным объектам исследования, либо их оригиналы с измененными условиями технологических процессов: исследования при холодных продувках, при отличных от действительное- . ти физических свойствах рабочих сред и т.д. Такие обстоятельства приводят к необходимости расчета количественных и качественных соотношений между параметрами работы модели и оригинала.При этом используются методы моделирования, которые основаны, как правило, на классических работах известных авторов.

Модельные исследования могут выполняться как в условиях горения, так и при холодных продувках. Вопросы обработки опытных данных, полученных на горячей модели, также рассматриваются ь панной работе. Они касаются в основном горелочных устройств с

предварительной камерой горения,

Конечная цель исследования по данному вопросу это разработка практических рекомендаций и рабочих формул, используемых при изготовлении моделей, выполнении опытов и расчетов ожидаемых показателей. .

При сжигании мазута вредными последствиями являются ванадиевая коррозия поверхностей нагрева котлов в топке и низкотемпературная коррозия хвостовых поверхностей нагрева. В течение двух последних десятилетий утвердилось мнение, что преодолеть эти трудности можно путем поддержания малых избытков воздуха в топке. Решение этих вопросов шло в двух направлениях: путем усовершенствования горелочных устройств с ||акельным сжиганием в топке и путем сжигания мазута в выносных смесительных камерах - циклонах. В процессе решения этих задач возникли дополнительные трудности, связанные с уменьшением вредных выбросов.

Опыт эксплуатации водогрейных котлов при работе на мазуте показывает, что конвективные пучки их заносятся в течение нескольких недель. Причиной этого являются сравнительно холодные поверхности - нагрева. В результате сильно возрастает температура уходящих газов. При работе котла ПТВМ-БО на 4-х горелках температура газов за межобмывочный период возрастает от 106 до 190°С. При работе котла на 8-*ш горелках - от 162 • до 265°С и соответственно при работе котла на 10-ти горелках«- от 200 до 300°С. Из этого следует, что существующие горелочные устройства должны быть заменены такими, которые способствовали бы большей интенсификации процессов горения мазута в объеме топки.

Циклонный метод сжигания топлива менее чувствителен к отклонениям избытка воздуха, т.к. основная стадий горения происходит в выносной смесительной камере. С другой стороны большое сопротивление, громоздкость и сложность в эксплуатации (по сути дела - предтопка) являются недостатком циклонов. Промежуточным звеном в этой цепи (горелка.- циклон) является горелка с . форка-мерой, в глубине которой располагается мазутная форсунка. В сравнении со свободным пространством топки форкамера, как правило, является более совершенным устройством для организации смесеоб-разовательных- процессов. В ней появляется возможность увеличивать локальные значения скоростей воздуха с целью более интенсивного внедрения окислителя в топочную среду, Кроме того, открываются возможности двухступенчатого сжигания при одновременном уменьшении длины зоны догорания факела за счет снижения скорос-

тей-потоков на выходе из амбразуры.

Практическая целесообразность сжигания высокоподогретого мазута подтверждается опытом эксплуатации экспериментальных горелок с предварительной газификацией. Дальнейшие опыты показали, что использование предвключенных камер (по принципу двухступенчатого сжигания топлива) имеет перспективу в плане уменьшения выбросов окислов азота и высокотемпературной коррозии экранных труб самой топки. '

Исследования ИГИ и. опыт эксплуатации показали, что введение водяных паров в мазутный факел способствует снижению оксидов азота. Одновременно снижается температура факела и ухуЭоа-ются технико-экономические показатели котла. Высокотемпературный подогрев мазута в этом случае можно рассматривать как своего рода "компенсирующее" мероприятие, позволяющее удерживать технико-экономические показатели на должном уровне при одновременном снижении вредных выбросов. Именно в таком плане, т.е. в плане подавления оксидов азота и форкамерного сжигания топлива без существенного ущерба для технико-экономических показателей котла, вопрос о высо котемпературном подогреве мазута становится актуальным в настоящее время. Следует также отметить, что высокотемпературный подогрев мазута до 200-220°С уже сам по себе способствует снижению вредных выбросов. Наибольшей концентрации NOf. достигает при температуре мазута 140-1б0°С (рис.1), т.е. при той же температуре его подогрева, которая наиболее распространена в условиях эксплуатации по сей ъ.ъ\\ъЩирупункков Л.М. и др.).

На основании изложенного следует, что организация фюрка- ° too ' т ' iso ' по' мерного метопа сжигания топлива Зависим0с;ь 0вр430Еаяяя окси_

требует специальных исследований дов азота от подогрева мазута, по изучению смесеобразовательных

процессов при взаимодействии ограниченных струй. Конечной целью является разработка конструктивной схемы форкамерной горелки,основанной на результатах теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия двух встречных и спутных коаксиальных потоков.

Ьржннм звеном в общей цепи проблем по экономии топлива являются водогрейные котлы и теплосети. Мопернизация этих котлов

/О

заключается не только б замене горелочных устройств, но и в выявлении наиболее эффективных режимов работы поверхностей нагрева, оптимизации режимов работы всего комплекса теплоснабжения, включая сети.

Из опыта эксплуатации водогрейных котлов известно,что снижение температурного уровня воды в котле на 1°С приводит к ' соответствующему снижению температуры уходящих газов, примерно, на ту же величину. Здесь сказывается известное отличие между процессами теплообмена в топке и газоходе котла. В частности, изменение температуры воды ¿хт , циркулирующей в экранах топки, практически не влияет на изменение температуры топочных газов ¿т на выходе из нее, т.е. Ы /ш /»!=• 0,01-0,015. В то же время изменение температуры воды 6^ , циркулирующей в конвективных поверхностях нагрева, приводит к изменению температуры уходящих газов ¿W практически на ту же величину, т.е. ¿¿ух/

= 0,99-1,04. Такой вывод следует из численного анализа общих выражений для частных производных ~¿¿m/d^ttnA

dtyxldt

ск —dtyx/с)£жк »которые в итоге соответствующих выкладок запишем так:

• dir. ^ 4(и+2?$(1а-{г»)[Б({д + " (I)

dicrTQEl^fljftia (¿^¿?3)4/ '

ЭЫ fh (2БЪх+Ю /¿n У- ¿у* ) Г* • (2) Иск' г } '

где ¿а - теоретическая температура горения в ядре факела; ¿.cm > ¿ск ~ температуры загрязненных стенок поверхностей нагрева, в топке и газоходе; Б - коэффициенты в линейном уравнении аппроксимации теплоемкости и газов:

; для

газов среднего состава в диапазоне £ = 100-2200°С /9 = 1,07 кДж/(кг-К), Б » 1,12-НГ4 кДж/Скг-К2).

Экономичность работы котла во многом определяется температурным режимом его хвостовых (конвективных) поверхностей. Это свидетельствует о потенциальных возможностях, которые следует учитывать при разработке котлов новой конструкции и модернизации действующих.

Традиционная тепловая схема водогрейной котельной предусматривает параллельную работу котлов на одну теплосеть. Одна и та же циркуляция воды в сети и отпуск теплоты могут обеспечиваться разным числом котлов. Это позволяет оптимизировать режим

работы котельной по распределению нагрузок между.котлами.

При стационарном режиме работы котельной расходы и температуры вооы в сети, от ТЭЦ и через котлы, как правило, постоянны. Остальные показатели /7с любого котла и котельной в целом (температуры воды на входе и выходе из котла, потоки циркуляции и лрО могут быть выражены как функции двух независимых . переменных:

-ft (Gntl, Gmi) , (3) '

где и SniL - массовые потоки обратной сетевой воды (в

расчете на один i -ый котел) с температурой ¿о и после бойлеров ТЭЦ с температурой ¿гэи » подмешиваемые в прямой трубопровод, минуя котлы. А-

Величина входящая в уравнения (3), характер-

на только для случая'работы котла в пиковом режиме. В базовом режиме величина Gni не играет роли в тепловом балансе, т.к; имеет ту же температуру ¿тщ-éo , что и в потоке ûmL . Поэтому в случае базового режима работы котельной уравнение (3) теряет свои оптимизационные качества и обращается в однозначную функцию с одной переменной, т.е. /îi—fCSmi) • Оптимизация работы котельной в этом случае сводится только'к решению задачи оптимального распределения нагрузок между котлами.

Решение залвч оптимизации режимов работы котельной основано прежде всего на унификации ее тепловой схемы. Это позволяет в широком масштабе осуществить актуальные тенденции к повышению надежности и экономичности котлов в целом. Основные из этих тенденций можно сформулировать так: .

- нагрузка котла должна быть как можно большей; ■

- температура уходящих газов должна быть как можно меньшей;

- температура воды на входе в котел должна быть как. можно большей; . .'

- разрыв между температурами воды в прямой магистрали и на выходе из котла должен быть как можно меньшим;

- минимальная температура труб конвективного пучка должна быть выше температуры точки росы на 5-7°С.

Очевидно, некоторые из приведенных принципов в какой-то мере противоречат пруг другу. Именно это обстоятельство и учтено при их оптимизации путем введения ряде мероприятий режимного характере, а также путем усовершенствования конструкции котлов в целом..

Исследования показали, что оптимальное распределение потоков воды в пределах котельной к режимы работы котлов во многом определяются величиной циркуляции ее в теплосети и суммарной нагрузкой потребителей. В связи с этим вопросы эксплуатации теплосетей должны рассматриваться в комплексе с работой водогрейных котельных и ТЭЦ.

• Трубчатый воздухоподогреватель (ТВП) является вторым не менее важным элементом хвостовых поверхностей нагрева котлов. Основными недостатками при эксплуатации ТШ холодной ступени являются образования очагов низкотемпературной коррозии на их поверхностях.

В отличие от конвективного пучка влияние ТШ на температуру уходящих газов сказывается в процессе забивания его труб продуктами коррозии и золовыми отложениями. Поэтому решение вопросов организации антикоррозионных режимов работы ТВП представляет собой актуальную задачу повышения надежности работы котлов в целом.

При исследовании процессов теплообмена в ТШ практический интерес представляет вопрос о плотности размещения труб по фронту движения возпуха при о/лом и то же количестве их в кубе.Величина этой плотности влияет на интенсификацию теплообмена со стороны воздуха, а следовательно и на температурный уровень стали труб,, и имеет непосредственное отношение к последующему расчету- и выбору типоразмеров ТШ с трубами разных диаметров.

Организация ступенчатого подогрева возпуха в калориферах позволяет увеличить температуру стали труб ТШ в зоне уходящих газов за счет соответствующего снижения температуры стали этих же труб на входе газов в ТШ. Общее тепловосприятие воздухоподогревателя при такой организации режима его работы практически : не меняется. Расчетное расстояние пути смешения^ разноте-мпера'турных потоков за калорифером определяется числом его секций и высотой куба.

Наличие ребристых поверхностей нагрева на трубах способствует интенсификации теплообмена. Этот факт может быть использован при разработке ТШ, в котором газы котла проходят по трубам, а воздух - через межтрубное пространство оребренных труб. Практический интерес представляет такой режим работы оребренных труб в ТШ, при котором температура их по высоте куба постоянна и выше точки росы дымовых газов. Этого можно постигнуть пу-

тем соответствующей компоновки оребренных труб в ТШ с определенными размерами длины и шагов ребер по высоте куба.

Наиболее кардинальным методом обеспечения допустимого темпера тур но го. режима работы ТШ является организация электрообогрева его труб в коррозионноопасной зоне. Варианты конструкций таких ТВП защищены авторскими свидетельствами. В связи с этим практический интерес представляют исследования температурных режимов этих ТШ и их влияние на технико-экономические показа-' тели котла и электростанции в целом.

В итоге можно констатировать, что проблема обеспечения надежности и экономичности работы котлов требует организации комплексных исследований, а именно:

- дальнейшего уточнения практических методов моделирования теплоэнергетических устройств в процессе их проектирования, наладки и разработки новых конструкций;

- изучения форквмерных методов сжигания топлива, разработки конструкций и методов расчета соответствующих горелочных устройств;

- модернизации водогрейных котлов и усовершенствования методов оптимизации режимов работы комплекса теплоснабжения¡включая теплосети;

- модернизации конструкций и режимов работы трубчатых воздухоподогревателей.

Во второй главе рассматриваются вопросы моделирования процессов теплоэнергетических устройств. Исследованы различные характеристики объектов моделирования с целью выявления взаимосвязей между моделью и оригиналом."

Анализ технологических процессов на моделях, основанный на классической теории прдобия, позволил найти конструктивные решения и метопы при исследовании топочно-горелочных устройств, вентилируемых камер и каналов. Конечная цель исследований по . панному вопросу это разработка практических рекоменпаций по выбору масштаба модели и вывод инженерных формул по расчету ожидаемых показателей. При этом используются теоретические разработки в области теории подобия известных авторов: Кирпичева М.В., Кутателедзе С.С., Гухмана A.A., Ляховского Д.Н., Пермяко-ва В.А., Михееьа М.А., Мигая В.К. и пр.

Модельные исследования могут выполняться как в условиях горения, тяк и при холодных продувках. Вопросы обработки опыт/9

ных данных, полученных на горячей модели, также рассматриваются в данной главе. Они касаются в основном горелочных устройств с предвключенной камерой горения.

Одной из важнейших характеристик объектов моделирования (камер горения, горелочных устройств и др. является их сопротивление Ь и аэродинамическая эффективность.£ • Последняя

( Ч ) представляет собой отношение потери энергии движения в рабочем объеме к суммарному напору со стороны тягодушьевого устройства и вводится с целью оценки степени совершенства камеры в отношении происходящих в ней смесеобразовательных процессов.

Примерные изменения Ь и ^ ды О показаны на рис.2. По мере роста температуры газов & в исследуемой- камере прирост ее сопротивления опережает одновременное увеличение эффекта от смесеобразовательных процессов, т.е. >с£$пг/с(@ • Например, при изменении температуры газов в камере от О - I до .0 = б эффект от смесеобразовательных процессов фпг/^т возрастает в 1,435 раз, а сопротивление зоны смешения Ьг/Нх - в II раз.-Разный прирост покаэате- ' лей и Д. от роста темпера-

туры О приводит к идее разработки специальных форкамерных горелок." Последние позволяют осуществлять предварительное перемешивание 'топливно-воздушной смеси с малой долей выгорания топлива в форкаме-Низка® температура топливно-воздушной смеси на выходе их амбразуры такой горелки будет способствовать снижению ее сопротивления, увеличению эффективности процессов смешения и уменьшению вредных выбросов.

Исследования показали, что степень совпадения результатов 'модельных исследований с оригиналом во многом определяется выбором рабочего масштаба модели/%<^ . В диапазоне Мо<М<Мпр точность модельных исследований невелика. Здесь - предель-

' Рис.2. . Аэродинамические хпглктерис-1 тики камеры горения в замисихосги от ' температуры рабочей среди 1*1 выходе п сравнении с холодными продувками при . одинаковых расходах и температурах.

воздуха, подаваемогогорен/с. : 1.2 - соКротивления АН , 3,4 - ко:>[>-бкииенты эффективности; 1,3 -: при бит, 0; 2,4 - мри би„ , о,2Г>.

но минимальное значение масштаба модели (при явно априорном) значении (¿ст/1сг) = 0:

-пуш \ ссг/ ссг/ — д /?> \*7 )

п-н^Н'-ъНШЬ

(4)

где - плотность теплового потока через стенку камеры (при температуре Тег ее изнутри) от рабочей среды с температурой 7* и степенью черноты <£г ; К - коэффициент ослабления лучей трех-атоыныыи газами и сажистыми частицами. Предельное значеше масштаба модели, низке которого погрешность модельных исследований возрастает, можно оценить уравнением кривой!_

На основании (4), (5) при/% =Мпр получаем трансцендентное уравнение, позволяющее вычислять предельно-максимальное значение масштаба определяющего верхний предел плотнос-

ти теплового потока в модели по данным в проектируемом оригинале: с,8Хмах

В_порядке примера при ¿г = °»2, 7сг = 1Г73 К, 7к = Г773 К, и/к к? 1,0773-7,73«Ю-3 -Лмлх-^1,05 на основании (6) следует, ^о^ 6,184, согласно (4), (5) предельные значения масштаба модели Мпр~/Ч0 яг 112.

Таким образом, при выборе рабочего геометрического масштаба модели Мра.г >Мпр требуется также_соблюдать_ масштаб плотности теплового потока в пределах с/^ '

Результаты приведенного анализа рекомендуется использовать при исследовании циклонных камер на горячих моделях и в натуре, а также при выполнении соответствующих-проектных и конструкторских работ. В частности, здесь представлены инженерные формулы, • позволяющие выполнить ряд тепловых и аэродинамических характеристик проектируемой камеры горения, а именно: температур газов и ограждающих стенок; коэффициентов теплообмена, тепловос-приятий и теплоняпряжений в зоне горения; скоростей потоков га-

/<Г

зов и воздуха; сопротивлений воздухоподводящих каналов и горелки в целом. Разработаны рекомендации по выбору оптимальных значений линейного масштаба и масштаба плотности теплового потока .

Моделирование изотермических потоков в воздуховопах, горе-лочных устройствах и топках котлов основано на соблюдении двух основных условий гидродинамического подобия, выраженных равенствами критериев Рейнольдса и Зйлера. Соответственно для модели Синд. "М") и натуры (инд. "X") можем записать:

(7)

Вин = ¿¿ет. (8)

Условия (7), (8) присущи как для первой, так и для второй областей автомодельности. Однако выдержать условие (7) бывает либо технически невозможно, либо нецелесообразно. В таком случае оно опускается и соотношение между числами Рейнольдса (в обеих областях автомодельности) устанавливается через некоторый коэффициент К : ...

Условие (8) во второй области сохраняется,.а в первой, зависимой от чисел» принимает вид: . '

= £и.хЯёх .

Введение коэффициента /Г позволяет увязать между собой все частные случаи моделирования гидродинамических процессов,' основанных на соотношениях (7) - (10). Величина этого коэффициента может выбираться либо произвольно, либо с учетом возможностей экспериментального стенда и конечных целей исследования. Наиболее вероятные выражения для коэффициентов К можно определить так:

а) для обеих областей автомодельности

д, аг Мг

б) для первой области автомодельности

^ м= н« Ж/мА* (К)

' ММе НжМгКМЛ*

в) штя второй области автомодельности

2 .Wx Mê Ме\Нх MrJ ' '

В формулах (II) - (13): û, Q" - объемные расходы рабочеЛ сре-иы в модели (инд."М") и натуре (инп."Х") при рабочих температурах Тм} и в нормальных условиях; Aie, , Мц- мас-> штабы.линейных размеров модели (х/м), плотностей рабочих сред, приведенных к нормальным условиям, их температур и коэффициентов кинематической вязкости.

При моделировании совместной работы горелочных устройств и топки котла необходимо учитывать некоторые различия между физическими свойствами рабочих сред (температур, плотностей и др.) обоих объектов моделирования. В частности, ото приводит к необходимости выполнения амбразур горелок (инд.'О") и топки (иня. "Т") котла с разными геометрическими масштабами:

Ml-V Vrr J/Тт-ЯА. (14)

/ Vr,0-Wt,)f Г. л А. '

где То, J>0H, ßTHi \/ro> ¡/rr - температуры, плотности и реальные объемы газов на единицу сжигаемого топлива в амбразуре го_релочнрго устройства (инд. "О") и в топке котла (инд. "Т"), Л, - плотности рабочих сред в амбразуре горелок и

топки модели. При моделировании обыкновенных факельных горелок в формуле (14) = 0 и Vro равно объему поступающего воздух. При моделировании циклонных или других форкамерных горелок с неполным сгоранием топлива- > 0 и ]/го соответствует' объемам продуктов сгорания на входе в топку.

Равенство масштабов А/т_= Mo можно достигнуть путем подогрева рабочего воздуха.. 7Z в модели, поступающего из амб-рпзуры горелки. В сравнении с температурой рабочей среды в топ-_ ко ( Ц) омэ определяется так: То Vre

То /j (15)

Тт -У4 4„Тт •

На основании dwitob установлено, что при изучении температурных полей в модели топки в качестве рабочего тела целесообразно использовать воздух, в для визуализации потоков рекоменяует-п "•чп.пн^я" модель со ипуЕями воздуха через амбразуры горегоч-|п" у'-тррПстт.!. Рлсширемие ргбочей среды в топке имитируется об-

разованием воздухо-водяной смеси. Организация вдува воздуха в "водяной" модели приводит к разным значениям плотностей ^ и

*г , что в свою очередь позволяет постигнуть равенства масштабов/^, и Мт » а также свести к минимуму различия между аэродинамикой взаимодействующих потоков модели и оригинала.

Выбор масштабов Мт и Мо определяется также запачами исследования, необходимостью соблюдения равенств критериев Рос-сби (/?о), характер изуюших интенсивность крутки потоков, и техническими возможностями при изготовлении модели. Выполненные исследования позволили разработать рабочие формулы по определению конструктивных размеров закручивавшего аппарата при изготовлении модели горелки..

Математическое моделирование взаимодействия вихревых потопов на выходе из горелки с потенциальной средой в топке представляется в виде относительных постоянных составляющих скоростей Ух = их/и01 И Уу = Цч/и.о1 ■

V = Г

1х ¿Г % (Х-ЭС^2+ (У-УсУ '

Г7 _ -г- ¿¿у1 _ -г- (Х-— 2о1_

где Гс/(2 // Д0i) - тангенциальная скорость враще-

ния на границе потенциального потока плоского вихря в амбразуре С -ой горепкм с радиусом , /2 циркуляция скорости; ^¿/¿о, ¿О - ширина топки, Ус~ - координаты размещения центра вихря ¿'-ой горелки, СС—Х/1, У=„y/¿ - текущие координаты, П - число-вихревых горелок на стене топки.

Нерациональные направления крутки горелок относительно друг друга приводят к набросан факела на близлежащие экраны.Расчетные формулы (16) позволяют построить эпюры скоростей в любых горизонтальных и вертикальных сечениях топки, включая и плоскости ограждающих стен. На рис.Зв порядке примера показаны восемь произвольных вариантов направления круток потоков в амбразуре горелок котла ПТВМ-50. Расчеты выполнены по формулам (16) при условии, что диаметр ядра вихря равен диаметру амбразуры горелки, т.е. 0,33 м. Ширина топки ¿0 = 4,2 м. Вертикальные составляющие скоростей Уу вычислены только плп

сечения топки на уровне 3 м от пола.

Моделирование процессов массообмена при влиянии сил конвекции и гравитации основано на■дальнейшем исследовании модифицированного комплекса

И/2 ¿ + ¿73

упоминаемого в работах Повха И.Л., Батурина В.В., Дудинцева Л.М., Талиева В.П. и пр. Установлено, что при исследовании таких потоков необходимо строго разграничивать расчетный (инд. "Р") и фактический (инд."Ф") масштабы перепадов температур на входе (вх) и выходе (вых) исследуемого объема: (,-

~~ ¿ех). ®т0 вызвано затруднениями при расчете теп-лопотерь через ограждающие стенки модели в окружающую среду.При неудовлетворительной теплоизоляции модели .измерения могут выполняться при значениях Сл^^С^ , что практически не сказывается на точности результатов. При пересчете локальных температур' с модели на натуру следует также исходить из фактического Сл1 значения масштаба перепадов температур. Расчетное значение С^ используется в процессе отлаживания модели по расходу рабочей среды и уровню фактических теплопотерь через ограждающие стенки.

При изучении смесеобраоовательных процессов практический интерес представляют значения скоростей и концентраций компонентов, имеющих постоянные источники в разных точках исследуемого объема и вентилируемых потоком рабочей среды. Метод исследования основан на измерении скорости падения концентрации одного вещества/? при замещении его другим В . Положим, нзчи-' ноя с некоторого момента времени 2 - 0,состав исследуемой среды Осм , подаваемой в пространство 14м , резко изменил концентрацию компонента от

до С = 0.

Замещение компонента Д другим компонентом В произошло таким, образом, что суммарный объемный расход

Уем

не изменился. Что

касается локальных значений концентраций Сс компонента Л , то нечиная с момента I = О они с течением времени I > 0 уменьшаются. В данном случае механизм замещения одного компонента другим В аналогичен механизму мономолекулярной химической реакции типа /)-*■ В • В данном случае по аналогии с законом дей-стьуюшиг мпсс, учитывал падение концентрации Сг во ■ времени, гмргм:

где Мь - константа.

0,1 ' О 0,2

На основании пальней-ших исслепо-ваний определено выражение, характе-ризуюзее степень вентиляции элементарных объемов АД в двух сравниваема точках М и А/ о потоками вентиляции

соответственно:

Ргз.З, ..Гмпрдаямяа рмугтхутая еацтвЕясё» Смрмгерэх.. ' екорое*г,1 .е^генио Тйпга гст.м ПТЕМ - 50 п5 уртвяз 3:1 Н

Гфиэаигалыяк еоет?вг.Фя;гх \'л евйяз» етги еЗ при рьггг^ж

лгах: тпрайлгийй кгрткл г.отвгов возят** е р®Гйвтра*торг»к.„

ашчения й.^гП{ й: раСот»-0-я герммц &',--оч<М№тм Кг" I -Уц йря ОТГЛОЧЗШЦК КргйЖЯС ГврвЛЕП. • '; '■„.■......'.. ■■'*

ш

м

ЛОы

еп^1

___ Со

еп^-

Со

\Л/м С

пр м

ил, с,

Пр /v

(19)

2.1

где Со, С/ч, £v - концентрации рабочей срепы (вещества fí ) в начальный момент времени 7 = 0 (в среднем по всему объему ис-слепуемого пространства), и спустя некоторое время Т в точках М и /V ; ' \Л/м,ы ~ условные- скорости потоков рабочей срепы в точках М ■ и /V ; СТ - концентрации примесей, выделяе-

мых стационарно в адекватных точках /У и Л/ оригинала.

Локальные концентрации примесей C¿ в оригинале по лонным испытаний модели определим так:

Ci пр_ Ti Ар ' его)

СсТ' Ve, [tn Со) '

где LСр - средняя по всему объему концентрация примесей,

С^с - концентрация вещества $ в ¿'-ой точке модели в момент времени Tt>0,

Б__третьей главе изложены материалы экспериментальных исследований горелочных устройств: циклонной камеры при работе на мазуте и форкамерных горелок со спутиыми и встречно-кольцевыми потоками воздуха.

Циклонная камера представляпз собой цилиндр

{е/2> = 720 мм/

/560 мм = 1,3), ошипованный и утепленный изнутри и охлаждаемый с помощью водяной рубашки, смонтированной по высоте цилиндра снаружи. Подвод воздуха был выполнен тангенциально. Механическая мазутная форсунка установлена по оси камеры в торце цилиндра. Здесь же была предусмотрена подача' "первичного" воздуха через регистр форсунки. Объем камеры до выходной диафрагмы 14( = 0.228 м3.

Основные результаты исследования циклонной камеры можно сформулировать так:

- существенного ухудшения работы камеры при переходе на холодный воздух с температурой ¿g - 7Ó°C в сравнении с =.

г200°С не наблюдалось;

- оптимальное распределение возпуха между соплами и регистром (в полях от суммарного): на регистр - 0,08-0,16, на каждое из сопел (верхнее и нижнее, слева и справа) - 0,21+0,23;

- при противоположных врящениях потоков возпуха, поступаю-гч'Х через регистр и сопла, стены кемеры коксуются;

- при нзбыткрх воздуха o¿u f- I зона горения выходит за „г;.„г,ть пгчфрягмы и завершается в объеме топки. Имеет место ча-

iiniinс гг-зиЬч'лцгп топлиьр в кямере циклона и температурный

уровень рабочей срепы в ней снижается;

Выполненные исследования показали, что работу циклонной камеры можно организовать в двух принципиально различных режимах: со сравнительно полным сгоранием топлива в ее объеме и с выносом основной стадии горения за ее пределы. Организация таких режимов горения может идти по пути снижения температурного уровня рабочей среды в камере и ее стенок изнутри, а также путем усовершенствования конструкции горелочного устройства, допускающего частичную газификацию мазута.

Форкамерная горелка - это разновидность циклонной камеры, в которой осуществляются предварительные процессы смешения топ-лнвно-воздушной смеси и частичное горение. Исследовались две различные конструкции горелок: со встречными и спутными потоками воздуха в камерах. Диаметры амбразур опытных горелок -330 мм, глубина камер - порядка 250-5400 мм.

Основные результаты опытов можно сформулировать так:

- обмуровка горелок изнутри созпает благоприятные условия для хорошей стабилизации пламени,.а металлическая обечайка камеры снаружи эффективно' охлаждается рабочим воздухом;

- при большой крутке потока с увеличением его расхода факел затягивался в глубину амбразуры; при малой крутке потока

с увеличением расхода первичного воздуха наблюдалось удаление факела от амбразуры;

- встречный кольцевой поток воздуха способствует стабилизации факела и удержанию его вблизи амбразуры;

- небольшое добавление газа к работающей на мазуте горелке способствовало четкому очертанию границы факела как снаружи,та к

и в его ядре. Горение резко стабилизировалось за счет появле-'ния легко воспламеняющейся среды (газа) внутри форкамеры. Такой ■факт может быть положен в основу решения проблемы совместного сжигания газа и мазута в топке котла.

В порядке опыта на котле ПШЛ-50 были установлены четыре форкамерные горелки со встрвчными потоками воздуха. Анализ опытных данных и результаты прогнозирования на случай полного оснащения котла горелками такого типа позволяет сделать выводы:

- рекомендуемые горелки с форкамерой способствуют снижеии-•ям избытка воздуха за котлом, температуры факела, вредных выбросов и более полному выгоранию топлива;

- светимость факела при сжигании газа возрастает, что ппо-

собствует увеличению тепловосприятия в топке и снижению температуры уходящих газов;

-. при сжигании мазута длительная работу котлов, типа ПТШ с малыми нагрузками нежелательна, т.к. такой режим горения способствует коррозии поверхностей нагрева и увеличения врэдных выбросов.

Исследования на "водяной" модели котла ПТБМ-50 позволили устанрвить: ••

- штя улучшения существующей традиционной компоновки 12-и горелок следует амбразуры крайних из них (ЛДО I, б, 7, 12)• развернуть к центру на угол не менее 15-20°;

- при работе четырех мощных горелокСвзамен 12-и заводских) наблюдается лучшая организация факела в топке: основная, масса его располагается в центральной части топки по сравнению с вариантом 12-и малых горелок;

- наиболее рациональной следует считать компоновку четырех мощных горелок на уровне нижнего яруса заводских.

исследованы закономерности распространения слутных и встречных ограниченных струй в камере.горелки.Комплексное исследование поставленной задачи с использованием теории турбулентных Течений крайне затруднительно. Между тем непрерывно возрастающие потребности Технического прогресса требуют разработки хотя бы приближенных метопов расчета Таких струйных течений. В связи с этим из условий симметрии потоков принят одномерный гидравлический метод исследования« основанный на интегральных уравнениях расхода и импульсов, в которых неравномерность профилей скоростей учтена о помощью коэффициентов количества движения» Опытных данных по взаимодействию центральной струи со встречной или спутной кольцевой в ограниченном пространстве практически нет. Поэтому модель процессов перемешивания системы спутных и встречных струй в камере разработана на ое-* новянии результатов анализа одиночной ограниченной струи, которая достаточно изучена. Путем анализа уравнения расхода

— О и линий токов в такой струе опре-

делен общий характер осевых и поперечных составляющих скоростей рабочей среды в зоне ее расширения. Установлены основные отли-. чип этой струи *от свободной затопленной: наличие градиента ш-клгтш вдоль оси нотою? и, как следствие этого, отсутствие вф-г}!1'н0гти гтрофгляй скоростей.

Из учета противоположности направлений центрального и встречно-кольцевого потоков следует ожидать, что продольные градиенты давлений в них также противоположны и Друг пруга компенсируют, образуя безградиенткое поле. Такоз условие задачи существенно упрощает ее решение, которое также было выполнено в ванной главе с последующим анализом полученных результатов. В соответствии с этим были определены взаимосвязи мекау конструктивными размерами таких камер смешения.

Введение дополнительных уравнений тепловых потоков пля обеих встречно-кольцевых струй позволило получить расчетные зависимости распределения температур в зонах смешения при условии теплообмена с окружающей средой через ограждающие стенки..

В пятой главе исследованы авв принципиальные схемы камер горения (рис.4, 5). В каждой из них одновременно распространяется две струи: цент; ральная и кольцевая Ь*". ¿рч. 1&». -¿р* ' "_____[Гл^ТЛ спутная - один вариант! исполнения (рис.4) и центральная и кольцевая встречная - второй (рис.5). Подача топлива - с торца камеры. В обоих случаях рециркуляция газов, необходимая | пля стабилизации фкеяа, осуществляется'за счет прину-; нательного потока кольцевой струи и срыва центрального потока эа уступом. Работ таких горелок рассматривается в условиях горения, т.е. с учетом внутренних источников тепла, выделяемых топливом, и при наличии теплообмена ее с окру-

: р*0.4 . РасчсткМ е*е*а кям.рч гор«пня ео епутно-' ХОЛЮТМПШ пего^ии воздух».

жающей средой: - часть теплоты, определяемая тем-

пературным уровнем факела ¿р на выходе из камеры; - часть

теплоты, определяемая составом дымовых газов, включая элементы химнодожога;

- часть теплоты, определяемая степенью выгорания топлива = (¿~ -О,0/\В > подаваемого ь камеру в количестве равном В . Решение задачи основано на применении аналогичного, как и в предыдущей главе, гидравлического метода описания потоков теплоты и массы. Исследования выполнены на основании уравнения неразрывности, сохранения

Рис.5.. Расчетная схема камеры горения со встречно- импульсов сил И Теп-кольиешми потока«" воздуха. . _ ловых ПОТОКОВ, СОСТа-

вленных поочередно для центральной и кольцевых струй. Ввиду того, что названных уравнений при решении задачи оказывается недостаточно, для замыкания системы использованы дополнительные взаимозависимости, полученные на основании граничных условий, выявленных при исследовании зон рециркуляции ограниченных струй. В частности, распределение границы центральной струи /х=Рх/Р (рис.4, б) и массовых скоростей вдоль камеры

длиной Кк представлены в виде полиномов:

* V 1 ^

(21)

"(22) уело-

26

Коэффициенты полиномов определены на основании граничных ■вий, установленных в результате специального анализа: ¿?с

+ 8(У-У*¿Л), = 0,5(Ухи«)"- за-УкМ«), гпе в выходном сечении камеры при X /Хк= I

Г л;/ - ¿г/, -а).

Распределения температур в объеме камеры, ограниченной сечением /тс (рис.4, 5), определялось на основании анализа уравнения теплового потока, представленного в виде: * / РоЛ \О/о/о + (х)М+ =

о 0

= РкЛ Мс/х - &)Лк Мрх/рх,

гпе 2?ГДсХХ - передача теплоты через ограждающие стенки, °7ГЯг/?р(1<)с1Х- внутренние источники теплоты, образующиеся по длине камеры в процессе выгорания топлива Вц) 1т,а,х,рГ - энтальпии топлива и рабочих потоков.

Анализ гон рециркуляции и периферийных кольцевых струй выполнен аналогично.

Кэ рис.6, 7 в порядке примеров приведены результаты расчетов обоих камер горения, выполненных в соответствии со схемами на рис.4, 5. Основные исходные данные при расчетах следующие: геометрические размеры камеры: Хк /¿И - 0,846, Н - 0,046 м,

= 0,5024 м2 (/?= 0,4 м), /ь ■= 0,0801 м2 ( /?0 = 0,1См), РРо = =0,3759 м2 ( = 0,340 м), = 0,1618 м2 ( /?« = 0,227 м), Ррс = 1,701 м2, /~с = 0,296 м2, ГР2= 1,824 м2, =0,3759м2, Ррн - 1,952 м2, /ъы" 0,662 м2, Хц - 0,677 ч; толщина огрп>--дпющих стенок =' = 0,03 м, коэффициенты теплопроводности материала стенок - Хрн ~ 0,001 кВт/(м-Ю; топлиго мазут с температурой £т = 180°С и влажностью 1^/'° = 0; исходные значения избытка воздуха и топлива, подаваемых з камеру - о/и. ~ = I, В = 0^556 кг/с я; 2,0 т/ч; теплотворная способность топлива Ор 38770 кДж/кг, состав мычовых газов на выходе из кг миры - = 7,(Г., 02=П,С%, /У, = 0,53, С".; <С0Стг!Г'-лпюшал потерь тепла в окружающую сцепу с темпер"туроЯ ~ ■}0°С равна £ = 0,С01*Т; температуря горячего воздуха - - Г.5С°С.

Ь результате рпечетоь определены слещтпп:" опногние пп,->-затсти: состр.чтю'^я = 40,Г"!- й результате что В/> « Сг~о7

кг/с ~ 1,0 т/ч, температура срепы на выходе из камеры ¿^ с= »И70°С, температура стенок камеры изнутри ¿ос ~ 454,6°С (рис.4)

и ¿ое = 460,8°С (рис.5); ¿¿>с = 443,2°С (рис.4) и 1=444,6°С (рис.5) и т.д.

Материалы исследования по данной главе позволяют констатировать:

- обоснована целесообразность и возможность сознания газифика-ционных .камер горения с частичным

¿.в Ъ сжиганием в Н11Х

' топлива и выбро-

сом элементов хим- и. мехнеаожо-гов в смеси с воздухом для догорания ь топке*,

- разработана модель распространения встречных и спутных потоков

к

с,г ' о,ч , о.в с.8 /о Хи

• 0

:Рио.б^ • Ресипыэ дакныз'кйиар] горения со спутио-иольчеси«

¡потоками воздуха. Пунктирша яяник - дадьыз лрГгорении топлива, применительно ¡штрихпуият'ирщэ - при холодных ррэдувка*. Спяорпдсл ляшяш по- гя зтЬиКаШЮННОЙ

' «ллями У.тп^игчтч 1» .1" гти г" п г 1 гпПРНая. ТйЯ'и ППИ * . —

(двухступенчатой) камере горения; ■ - сделан ена-

'казаки криви«, зсарактершз клк.для условия горении, так к при холодщх- продувках. 2 - 3 4 г-& /0 .

5 - и)х\ 6 -Юа». 7-Ь7Р, О 9 -'¿л'/^Г, 10 Ъ -Вх/Вр . К , .13М гЛ . К

лиз расширения струй в исследуемом объеме и разработан метод расчете распределения средних скоростей, температур' и массовых потоков рециркуляции вдоль камеры как при холодных продувках,та к 'и в условиях горения;

- разработан метод расчета тепловых и аэродинамических- характеристик исслеяуеиш: горелочних устройств;

- результаты исследований рекомендуется использовать при кокструкре&анш! и расчете соответствующих горелочных. устройств на электростанциях н котельных. .

. В Евстдй глаРе.рассмотрены пути обеспечения надежности, повышения зконимичности и экологического эффекта котельных устано-

вок, На основании исследований установлено, что влияния на экологический эффект обоих факторов - расхода, топлива В с одной стороны и перепадов температурДТ между газами и окружающей средой с другой - равнозначны и противоположны, т.е.: ЗС^/дВ = Г ДО ¿^у» ~ концентрация рассеиваемых выбросов в

приземном слое ат-

о о,2 о.ч о,а о.! /.о х*

1.0 /.е ■ '.г

О.!-

о.ч-о ■

-0,4-•0.9-2.0-

\/3 \

0.2 О,Ц Цб /¿>

Рнс.7

ул

мосферного воздуха. Таким образом, всякое мероприятие по- снижению температуры уходящих газов за котлом следует рассматривать с точки зрения влияния этого мероприятия на технологический процесс подогрева воды и генерации пара в нем..Если снижение температуры уходящих газов приводит к соответствующему ро-

1.1С'1'Т1ПП дичг.1» кттри горения со встречт-колмигы-

"571ГЛ--,! !••> ••¡¿•XI. Ку>«Т*Г№« ЛИНИИ - Д1НН4» В|И ГОргНЛИ ТОП-

птяхяууктигн!« - г т и холоечкх пр07у?ктх. СПХ01М1ГЧ1 лиге- с ту КПД СруТТО КО-ята крч!», л"-г:-'К7срч1.г тк Д1Ч уе*0»я3 горения, так и: ТТО (Т.О. ВЛНЯеТ

гчи /010дкл грояугклх. I - Гхя^ЯГ. 2 - Тр "УК , 3 -Л-/0. '

л -р . 5 -¿Л, с,-ирг. 7 С-ю... э - ю - т звено,учоствую-

¿,-/Э->°С, II -В,/В,, 1П -Рг-,%

^ 16 -иРРщ

13 - Рр.рс

°р

14 -М<

шее в техпологиче-ском процессе теплообмена рабочих сред в котле), то в этом случае увеличения концентраций вредных выбросов, т.е. экологического "ущерба" за счет снижения эффективности работы дымовой трубы, не будет. В противоположность этому всякая утилизация дымовых газов за последней поверхностью нагрева котла путем включения теплообменных аппаратов и прочих звеньев, но участвующих в технологическом процессе теплообмена в котле и не способствует?* уменьшения расхопя топлива, чревата увеличением вредных выбросов за счет снижения эффективности работы дымовой трубы (с пониженной темперртурой газов и неизменном их массовом расходе).

Одним из ьажных резервов экономии топлива в котельных является освоение их оптимизационных режимов. Установлено,что оптимизация режима работы водогрейной котельной может осуществляться по двум направлениям одновременно: по пути оптимального распределения нагрузок между 'котлами и по пути уменьшения до минимума разрывов между значениями температур воды на выходе из котлов и в прямой теплосети. В отличие от известного цетода "относительных приростов" задача оптимального распределения нагрузок в ванной работе основана на анализе фактических показателей работы котла и сравнении их с номинальными. При выполнении соответствующих расчетов вводится комплекс f , характеризующий влияние загрязнения поверхностей нагрева (с помощью коэффициента ^ ) за период эксплуатации на рост температуры уходящих газов в сравнении с номиналом. Из сравнительного анализа процессов теплообмена через чистую и загрязненную поверхности нагрева следует, что производная дбух/З^ для того или иного состояния котла является константой, т.е. Э^ух/д?~ ~ - (¿ух~ ¿еР),К0'^£опи ; здесь ¿УК) -температура уходящих газов и воды в поверхностях нагреЕа, К0 - коэффициент теплопередачи. Величину этого комплекса можно вычислить путем сравнения значений при фактических и номинальных условиях на основании известной формулы Я.Л.Пеккера для ^ и анализа функций: ¿ух, с/ул, ¿хв)> /('¿т^ f) ; здесь ¿т, Окт - температура воды на входе в котел и ее расход; - коэфф)ициент избытка воздуха в уходящих газах. В. конечном итоге замкнутая система уравнений., позволяющая вычислить нагрузку Ос с -го котла при общем числе их / имеет вид:

{i 'д!)

_/7____^ _/___(25)

где fc (Ql) - функция изменения от нагрузки фактического значения кпд брутто котла. Она определяется из учета аналогичной исходно-нормативной зависимости -ff&J путем корректировки последней на фактические отклонения балансовых потерь теплоты: В гсиомамтнон когле rax;

f£ , (26)

где ^ и можно установить по формуле Пеккера Я.Л.,

п значения fs■0¿ и ¿¡ty^i ~ можно считать известными.

Исследования второго пути оптимизации работы котла позволили установить три категории режимов работы комплекса. теплоснабжения, кржпый из которых (ь расчете на опин котел) характеризуется определенными соотношениями расходов поды в сети (jci , через бойлера ТЭЦ Gr^ni и через котел -Gutni , а именно: по 1-й категории Gci^($ктс , по 2-ой категории <fr>u£s'&K'nt'^ßcc\

по 3-ей категории б'ктс^ Sei.. '

Сравнительный'анэлиз показал, что эффект за счет экономии топлива б результате оптимизации нагрузок колеблется в пределах от 0 до 0,373. В то же время аналогичный эффект зе счет оптимального распреголения потоков воды в пределах котельной в 3-5 раз больше, т.е. в пределах от 0 до 1,48$.

На основании анализа теплового режима работы поверхностей нагрева и топок водогрейных котлов следует, что их необходимо модернизировать:

- улучшить топочные процессы путем организации исполнения минимально-допустимого уровня гор елочных устройств в топке котла и увеличения объема топки за счет ликвидации больших откосов холодной воронки;

- увеличить коррозионную стойкость котлэ, не снигая его оконаличности, путем организации последовательного подогрева воды сначала в экранях топки, затем в конвективных поверхностях ногревя котла, расположенных в газоходе и перевопя режичо работы конвективного пучка с противоточного на прямоточный;

- повысить надежность работы котла при резких колебаниях гидравлического режима путем исключения нисходящих потоков ьо-ды в экранных трубах и исключения подачи и отвода воды через коллектора по схеме „2Г " с целью замены ее'но схему„/7" , обеспечивающую меньшую гидравлическую разверку труб;

- увеличить производительность котла и защитить от коррозии поверхности нагрева его, расположенные в зоне уходящих газов путем организации дополнительного ввода холодной или горячей (после насосов рециркуляции) воды в промежуточный трпкт котла и организации двух независимых контуров от насосо рециркуляции при работе котла по 2-х ходовой схеме: один поток направлять в контур, позволяющий выдерживать меньшую темперртуру воды на входе, другой - в контур, требующий более высокого температурного уровня. При этом общая темперптурр воды поело смече-

ния на выходе из обоих контуров котла должна соответствовать заданному графику в теплосети.

Задача по снижению температуры воды на выходе из котла до заданной величины решается также путем организации каскадной схемы питания (КСП). Принципиальная схема подогрева воды таким способом показана на рис.8а на примере котла, включенного в теплосеть. Здесь один котел, способный передавать тепло &= -С6к(Ь~£ц) ' разбит на J секций. Каждая из них способна генерировать, положим.//^' часть теплоты от суммарной величины 0=^1 йс = С'6к£. (-¿я -¿а) , т. е. ¿? , причем,

£ -< ¿£ —¿7/ ' Эпюры изменения температур теплоносите-

ля в случае организации КСП (линия 3) и без нее (линия 4) показаны на рис.8б. Такой результат постигается путем соответствующего распределения потоков воды, указанных на рис.8а. Изменение расходов эт^х потоков (при условии, что тепловые и гидравлические режимы всех секций одинаковы) и уменьшение степени подогрева волы в таком секционном котле в зависимости от числа секций J можно выразить так:

¿¿"¿и

Gh j а „-¿о) + ¿¿-¿л

£Р ¿о)

G,< ~ ¿(¿x<-io)+ ¿л~1н ■

i _ ~ ist

j ~ ¿¿-¿и

где = Od - расход воды через каждую t -ую секцию котла, Sp - поток рециркуляции.

Кривые (27) показаны на рис.Бв. Расчеты выполнены при значениях ¿а = 70°С, {и = Ю4°С, ¿2 = 150°С.

Таким образом, основной особенностью КСП водогрейного котла является возможность снижения среднего температурного уровня циркулирующей воды в поверхностях нагрева со всеми вытекающими из этого последствиями. В частности, более низкий температурный уровень воды в котле позволяет иметь некоторый запас в отношении предельных норм'качества котловой воды, что очень важно при частом попадании в теплосеть сырой воды. Кроме того,открываются возможности снижения температуры уходящих газов путем

уменьшения

i.O

0.9 0,8 0,7

0.6 0,5

W 0,3 0,2 0,i 0

t)

У.0 -

ч 0.8 •

5) OS' 0.4 -0.20

О i 2.

4

температуры волы на выходе из котла. Такая схема питания может быть использована не .только при разработке котлов новой конструкции,но и при модернизации старых. Организация КСП котлов, работающих в базовом режиме . по 4-х ходовой схеме-позволяет увеличить их производительность, не уменьшая температуру воды на входе ниже Ю0-104°С. Известные отличия между процессами теплообмена в топке и газоходе котлэ открывают возможности по организации с помощью КСП ра-знотемпературных режимов подогрева вопы в его.секциях с целью стабилизации температуры уходящих газов . на допустимом уровне в широком дгапазоне нагрузок. К СП котла позволяет загружать его в пиковом, базовом и соответственно промежуточном (смешанном) режимах по мере необходимости ь оперативном порядке путем соответствующих переключений,не меняя циркуляции воды ь се—

A2S

Т>ис.8. . Каск»дная Схема .и тодогрей }(чго уотла с организацией четирсх (^«4) одинаковых секций нагреяа. & - схем» циркуляции потоков: I - сетевой насос; 2 - на-соо рециркуляции. б - опяри течлерптур соды по тракту котла: 3-е организацией 1-ЕЛ; 4-е традиционной схечой питания, в - зарис;'мсст»! иугененяя потоков Gp , Sie и степени подогг«"'' годы п котле ¿jJ - i/t от числа секций/ : 5 - ¿ij - In )/ ( ¿i - ///); С - fy/Gr-,

7-&»/<?'■

ти и котле. Организация КСП облегчает задачу оптимизации режима котельной в целом из учета загрузки насосов рециркуляции и повышения надежности, и экономичности котлов, способствует осуществлении оптимизации комплексе теплоснабжения в целом.

излагаются результаты исследования режимов работы трубчатых воздухоподогревателей холодной ступени (ТШ). Одно и то же количесюо труб в ТШ традиционной конструкции* может располагаться о разными шагами по фронту движения воздуха и глубине куба. Исследования показали, что в связи с этим меняются тепло-технические характеристики куба (его сопротивление по воздуху и тепловосприятие). На рис.9 в порядке примера показаны изменения некоторых характеристик куба в зависимости от .' числа рядов по глубине его » конструктивного параметра

•90

-.¡о но, последний определяется значениями ша-. ГОВ Роп , Рсу- и числом рядов = 39 в ТШ, с которым производится .сравнение ■ (инп.'О"). На оси ординат (рис.9) в виде безразмерных комплексов указаны: К= ( ..¡о ; 0„=(0г»-0оу

...го -/00 0^О)

-АРоУ/ооЖ1 •

чина я от некоторого чи-; ела рядов (V як в

го

I I I

0,2 0,4ОА 0,6 0,7 "Т

Т

30

40

г 50

60

70

Рис.® . Теплотехнические характеристики ТТЛ трздшгаом- СТОРОНу УМеНЬШеНИЯ СО—

но» конструкии» в зависимости от параметра т.е. от' ПрОТиВЛвНИе ДР ТШ вариантов коипоновк» тру« » доске с разними числами :; возоастяет » В радов/..Безразмерные комплексы: I -_коз«иииент теп- . УВс,ко возрастает» а в

«передач* Ш х г - тепловосприятие См; 3,4 - темпера- СТОрОНу уменьшения Тй-

»да воздуха * ка»и*оде ¿Л»ГГ1Ь - сопротив- т возпветявт МП нн_ лени, по воздуху/}? : 6 - >змекен«о параметра У/СЬт возрастает, НО Нв-

1ЧЖНМ1 радо» / 4 значительно. Пр-И этом

рост температуры газов т£г за ТШ (т.е. снижение тепловосприя-тия ТВП) практически невелико. Оптимальное значение параметра в ТШ традиционной конструкции определяется в процессе разработки конструкции котла. . '

Исследования показали, что эффективными средствами увеличения надежности работы ТШ холодной ступени и экономичности котла в целом являются: установка по ходу подогреваемого воздуха рядов труб с постепенно или ступенчато убывающими диаметрами и дифференцированный подогрев воздуха в. секционном калорифере.Эта задача решена на основании анализа критериальных уравнений теплообмена в ТШ, где в качестве аргументов взяты диаметры и шаги труб. Принцип решения поставленной задачи следующий. По заданным значениям температур воздуха и газов на входе в ТШ и за калорифером определяются диаметры труб в первом и последнем рядах куба. Затем по полученным расчетным формулам устанавливается кривая распределения диаметров труб по рядам ТШ от первого до последнего. Вывод этих формул основан на анализе изменения тепловосприятия куба ТШ в каждом ¿'-ом ряду» что можно представить в виде уравнения:

=К< 6вСв¿и = & ¿„с = - Япс , (28)

где Кг - коэффициенты пропорциональности; ЭС-Х/Х^ с началом отсчета ( Л = О, I - I) от осей первого ряда; Ау - расстояние между первым ( = I) и последним ( ¿V ) рядами труб; Ое — массовый расход воздуха; ^ - поверхность и пла-

тность теплового потока труб С -го ряда; На основании (28) при установленных граничных условиях'определяем общие выражения по распределению диаметров труб и температуры воздуха по глубине куба модернизированного ТШ: /

&Хр(К, -X)] .

¿е;-1е< ~2)Гв-2>Г ехр(- ъ) ' (30)

где константы ^

зs

НъГе*?^ 1

-\££1-, I (32)

/-ехр(-кл) ' 2) -Ыа /с[0. '

Численный анализ .уравнений (29)-(32) показывает, что соотношение между диаметрами труб первого 2>х и последнего 2.(при X = I, I =,/ ) рядов ТШ практически мало изменяется от заданных температур стенок в диапазоне £с = 0-г200°С. В то же время абсолютные величины и существенно изме-

няются от первоначального параметра ^ традиционного ТШ,положенного в основу расчета сравнительных характеристик модернизированного куба. Из этого следует, что в процессе такой модернизации ТШ имеется возможность выбора диаметров труб первого и последнего рядов. Отклонение * их от размеров, соответствующих первоначальному параметру % традиционного ТШ,приводит лишь к некоторому изменению теплотехнических характеристик модернизированного куба. Что касается постоянства температуры стали труб по глубине куба на выходе из ТШ 'и первых рядов труб по высоте куба, то эти,условия модернизации остаются неизменными.

На рис.10 в порядке примера даны расчетные характеристики модернизированного' ТШ,' из учета следующих исходных данных: 2)^ =1,86; ,3/= 0,6; 6 = 0,6; ' ¿ег 80°С, ¿у = П8°С; ¿с = 130,18°С; (¿0 = 0,0385 м.

Исследования показали:

- с увеличением диаметра труб при неизменной высоте куба воздухоподогревателя поверхность нагрева его уменьшается,а температура стенок возрастает; .

- установка труб разных диаметров приводит к перераспределению скоростей газов, плотностей теплового потока и вследствие этого температуры стенок труб;

- характер перераспределения температур межпу трубами определяется не только различием их. диаметров и суммарных сечений для прохода газов, но и расстоянием между трубными досками;

- частичная замена труб в первых рядах куба воздухоподогревателя является более рациональным мероприятием в сравнении ' со случаем полной замены труб; '

- полная замена труб в кубе ТШ с одновременным увеличением расстояния между трубными досками приводит к незначительным

изменениям температуры стенок первых рядов труб;

- изменение-диаметров первых рядов труб ТШ в пределах ¿¿/¿2^= 1*3 приводит к приросту температуры их стенок Л1ст= 0+15 °С;

- ясивые сечения для прохода газа и воздуха при такой модернизации ТШ практически не меняются;

- вес мопернизи-

«у, X

о Л 5 />0 Г>Л П8 ТО ЛХ

Р/с./Л

первого (JC .. ..

I mи/г./*/', -,2 -Ai/At-u л- én/itr ровенного ТШ опре-

- Г: 5 - tri/¿г/; б - Uri/Jr/% ? -¿к- i( а -

Ki/K, - i; 9 - о /о . >; / • . деляется в основном

' * ' величиной его пове-

рхности нагрева и в ряде случаев может быть меньше первоначального.

В конце седьмой главы рассмотрены варианты модернизации ТШ по принципу "труба в трубе" (а.с. СССР Р 821.843), установки ребристых труб с изменяющимися размерами ребер и расстояниями между ними. Результаты такого анализа позволяют упорядочить систему экспериментальных исследований по ьыявлению коэффициентов и констант, определяющих критериальные уравнения теплообмена в таких ТШ при условии постоянства температуры стали.

Исследования режимов, работы ТШ при условии электрообогрева первых рядов труб (а.с. 'CCCP W 800497 , 8I95I3) выполнены на основании уравнений Фурье и дифференциального уравнения конвективного теплообмена, записанных для рассматриваемой одномерной задачи так:

0.2 0,9 0,6

Расчётные характеристики ТВП по глубине кува от 0) до последнего (ОС - I) радо» трув.

сз

1к clX* 1 Хс

а

ctU

иу с я

=0,

(33)

(34) 37

где — ?ъ & . Это позволило получить общие выражения пля расчета распределения температуры обогреваемой трубы по толщине стенки X и распределения температуры газов вдоль стенки эле-ктрообогревэемой трубы от их вхопа до выхош на участке у =

- О+ Ле!

¿а* ~ ¿г9 (/-МН'1)* (1еЛ о = - ¿с„), 6 - ¿с'ь А=

+ ЯЛ с, Р* с, К=

где

(35)

/УХ

I

+

(36)

го

¿Гд — ¿/*

где при ^гэ — с.г*,

Прирост средней температуры уходящих тазов за котлом и температуры стенки в электрообогреввемой части ТШ определяются . выражениями: /¿ех

>ух _ / У* _ / М- У '

а/Ух _ ¿ух _ , У* / /)1гср С-гср £го

'-гср (-гср <-по ¡-го ^ вх ~1.

(37)

где

- ¿5. -

^ - поверхность электрообогреваемых труб.

(38)

Общее выражение по расчету дополнительного расхош топлива (в долях от первоначального Вра ) за счет организации эле-ктрообогрева'части труб' ТШ запишем так:

(39) 38

гпе X - число кубов в колонной ступени ТШ, - удельный расход топливе на отпуск потребляемой электроэнергии.

Следует отметить, что рост температуры уходящих газов и связанное с этим увеличение расход? топлива еше не свидетельствуют о неэффективности эгектрообогрева и ухудшений экономичности котле в целом. Это затраты, которые, очевидно, необходимо осуществлять для организации з^/муда^отм^нтикоррозийного режима работы ТШ. Организация электрообогрева труб позволяет удерживать антикоррозийный режш ТВП при любых нагрузках котла.

аЧгГЕЧЕНКЕ

Выполненная работа представляет собой комплекс исследований, имевши* определенную последовательность,, начиная от опытов на моделях и кончая вопросами обеспечения надежности.и экономичности эксплуатации оборудования котельных. В целом это можно рассматривать как одно из направлений по пути дальнейшего усовершенствования производства электроэнергии и теплоты на базе на-учно-техничёских разработок.

Каждая из глав диссертации является определенным этапом исследования с неограниченными возможностями дальнейшего углубления в этих областях знаний. Полученные результаты можно сформулировать так:

1. Анализ процессов моделирования, основанный на классической теории подобия, позволил выявить конструктивные решения и новые методы исследования топочно-горелочных устройств, вентилируемых камер и каналов. Определены рабочие диапазоны масштабов параметров модели, позволявшие свести к минимуму различия между исследуемыми процессами, происходящими в модели и оригинале.

Обобщения и рекомендации, изложенные в разделах главы 2,содержат ряд конкретных предложений, расчетных формул. и методов обработки опытных данных имеющих прикладное значение в вопросах теории и практики модельных исследований.

2. Выполненные исследования показали, что работу циклонной камеры можно организовать в цьух принципиально различных режимах со сравнительно полным сгоранием топлиьа в ее объеме и с выносом основной стадии горения за ее пределы. Усовершенствование таких режимов горения может идти по пути снижения температурного уровня рабочей срепы ь камере и ее стенок изнутри, а также путем усовершенствования конструкции горелочных устройств,по-

пускающих частичную газификацию мазута. Сравнительно низкая температура рабочей среды при осуществлении любого из этих вариантов ставит такую заначу в ряд актуальных проблем, связанных с необходимостью снижения вредных выбросов.

Практический интерес представляют вопросы охлаждения камеры путем соотвутствующей организации подачи воздуха вдоль стенок ее снаружи и изнутри. При этом газификационный режим горения в циклоне с подачей недостающего воздуха в область диафрагмы (двухступенчатый режим горения) может рассматриваться как основное средство для снижения общего уровня температур в камере, уменьшения ее сопротивления в целом и создания благоприятных условий .для борьбы с вредными выбросами.,

3. Разработаны качественно новые аргументы в плане необходимости применения форкамерных горелок. Горелка с форкамерой рассматриваемся как промежуточное звено между факельной горелкой и центробежным циклоном. В сравнении со свободным Пространством топки форкамера, как правило, является более совершенным устройством для организации смесеобразовательных процессов. В соответствии с этим установлено: •

3.1. Обмуровка внутри камеры и на амбразуре горелки играет . роль стабилизатора пламени, Горелка может работать также и без обмуровки изнутри. При этом фронт воспламенения топлива несколько удаляется от амбразур'ы,' т.к. ухудшаются аккумулирующие свойства форкамеры. • : ' ! .

3.2. Тангенциальные потоки воздуха в амбразуре горелки защищают ее от перегрева.и способствуют уменьшению дальнобойности фйкела.

3.3. Величина расхода и степшь крутки первичного воздуха через центральный регистр влияют на положение факела относительно амбразуры. Таким образом: при большой крутке потока с увеличением его расхода факел затягивается в глубину амбразуры. При малой крутке с увеличением расхода первичного воздуха наблюдается удаление факела от амбразуры в сторону топки.

3.4. Форкамерные горелки менее чувствительны к качеству распыле топливе. Наиболее оптимальный угол распыла форсунками - не более 50-60°.

3.5. Форкаиерные горелки позволяют организовать горение топлива в каиере с недостатком воздуха, что позволяет в конечном итоге осуществить двухсталийное сжигание топлива в топке котла

еля снижения вредных выбросов.

3.6. Светимость факела при работе форкэмерных горелок значительно больсе, чем при работе горелок традиционной конструкции. Такой факт свидетельствует с том, -.то сжигание газз в фор-кямерных горелках способствует увеличению теплоотдачи в топке и снижению температуры уходяших газов.

3.7. Опыт совместного сжигания газа и мазута ь форкамерной горелке перспективен при буферном сжигания газа на практике.

4. Исследованы закономерности распространения встречных и спутных соосных струй в ограниченном пространстве. Кз основании анализа граннчных условий определены'тепловые к аэродинамические характеристики этих потоков при различной степени стеснения их ограждающими стенкэми.

5. На базе результатов исследования соосных ограниченных струй разработаны конструктивные схемы фсркамерных горелок позволяющих:

5.1. Улучшить процессы смесеобразования топливно-воздушной смеси и создать предпосылки для организации двухступенчатого метода сжигания топлива.

5.2. Решить проблему совместного сжигания двух видов топлива (газа и мазута) в одной горелке одновременно.

5.3. Улучшить топочные процессы в плане снижения вредных выбросов.

Разработан перечень расчетных формул, позволяющих создать специальную программу расчета и дальнейшего исследования режимов работы таких горелок.

6. Результаты исследования фактических режимов работы ьодо-грейных котельных показывают, что в ряде сучяез расстановка ь них вспомогательного оборудования не отвечает требованиям классической схемы, позволяющей, организовать наиболее экономичный режим каждого котла. Это бывает, как правило, при расширении котельной, когда не хватает необходимых (с точки зрения технологии процессов смешения и пр.) площадей для размещения дополнительных насосов рециркуляции, сетеьых нясоссв, гребенок и коллекторов по приему и распределению сетевой ьоды и т.п. В результате появляются нежелательные перекосы по температурам ьошы, циркулирующей

ъ пределах котсьной, что затрудняет оптимиэащ® рединоа смешения и распреселения потокоь.

Разработрнг и обоснована схема рлспределения потоков вопи

в пределах котельной, позволяющая устанавливать оптимальные режимы работы каждого котла (на газе или на мазуте) в отдельности и котельной в целом.

7. Определены новые направления по пути усовершенствования конструкций водогрейных котлов и оптимизации технологии подогреве волы в них.

8. На основании исследования возможностей классической тепловой схемы котельной и комплекса теплоснабжения в целом установлениями категории соотношения массовых расходов теплоносителей через бойлера ТЭЦ, котлы и в теплосети, определяющие экономичность работьгводогрейных котлов и котельной в целом.

9. Организация каскадной схемы питания водогрейных котлов является качественно новой ступенью по пути усовершенствования процессов теплообмена как в котлах традиционных конструкций, так и во вновь конструируемых котлах. На основании материалов исследования разработаны конкретные рекомендации по переводу действующих котлов типа ПТВМ и КВ-ГМ на более экономичный режим работы с каскадной схемой питания.

10. В настоящее время все трубчатые воздухоподогреватели изготавливаются, как правило, в соответствии с действующим ОСТ 108.030.45-82: "Воздухоподогреватели трубчатые стационарных котлов. Общие технические условия". Основным недостатком таких ТШ является нерациональность использования температурных потенциалов дымовых газов и воздуха по мере его подогрева.

Каждый из исследованных вариантов модернизации ТШ предусматривает соответствующее изменение его. конструкции, позволяющее повысить температуру стали труб и по возможности снизить температуру подогрева воздуха в калориферах с целью повышения экономичности работы котла в цело».

11. Расчетный экономический эффект от внедрения результатов исследования следующий:

ПЛ. За счет организации форкамерного метола сжигания в расчете на один котел типа ПТВМ-50: при сжигании газа - порядка 0,5$, мазута - 1,0%.

11.2. За счет оптимизации распределения потоков воды в пределах котельной (в расчете на один котел типа ПТВМ-ЮО или КВ-ГМ-100) - порядка 1,0$..

11.3. За счет оптимального распределения нагрузок между котлами - порядке 0,3%.

11.4. За счет организации каскадной схемы питания котла: при сжигании газа - порядка 1,0^, мазута - 0,2®.

11.5. За счет модернизации кубов трубчатых воздухоподогревателей - порядка 0,5%. . ■

Суммарный экономический эффект от экономии топлива за счет внедрения указанных разработок при сжигании газа составляет 3,8£, мазута - 2,5;».

Экономическому эффекту сопутствует также экологический эффект за счет организации двухступенчатого сжигания топлива, а также увеличение коррозионной стойкости поверхностей нагрева котлов и труб воздухоподогревателей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих роботах:

1. Еайрашевский Б.Л., Канторович Б.В. экспериментальное исследование растекания струи в ограниченном пространстве // Исследования конвективного тепло- и массопереноса. Том Ю. ЖЮ АН БССР. - Минск, 1£68.

2. Еайрашевский Б.А., Канторович Б.В. Экспериментальное исследование явления рециркуляции при течении осесга.метричкой струн в трубе круглого сечения // Исследования конвективного тепло- и массопереноса. Том М. ИЖ) Ali ЕССР. - Минск, 1968..

3. Байравевский Б.А. Распределение статических давлений в потоке при внезапном расштрении канала // Исследования термогидродинамических световодов. - Мн.: №10 АН БССР, 1970.

4. Еайрашевский Б.А., йшаев 13.А. Общим анализ течения осе-симметричной ограниченной струи // Изв. Ail БССР, сер. Ш1. -1970. _ К' 3.

5. Еайрашевский Б.А., Синаев Е.А. Приближенный расчет аэродинамических характеристик ограниченной струи при различных степенях расширения //. Изв. АН ЕССР, сер. tcH. _ 1970. - }? 4.

6. Мэртыненко O.P., Байрашевский Б.Л., Сенчук J1.A. Экспериментальное исследование профилей температур в ограниченной струе // Тепломессоперенос в процессах сушки и термообработки. - Ын.: Неука и техника, 1970.

7. Байрашевский Б.А., /,унский В.Д., Синаев Ю.А. Приближенный расчет распределения скоростей в осесимметричнсы потоке после внезапного расширения // Изв. Ail ЕССРГ сер. СОН. - 1971. - № I.

8. Байрашевский Б.А., Мац И.З., Кпмко Н.И. Некоторые предпосылки по вопросу распределения ссевюс скоростей в осесшя.'етри-чной струе // Изв. ВУЗов, сер. "Энергетика". - 1972. - !<> 9.

9. Байрашевский Б.А., &наев Ю.А., Ыоссе A.Ji. Распределение средних температур вдоль прямого и обратного потоков при теченйи струи в ограниченном пространстве // Изв. АН ЕССР, сер. СБН. -

1972. - » I. '

Ю.. Байрашевский Б.А., Иимко H.H., 11ичко В.Н. Особенности распределения скоростей в струе, ограниченной стенками // Изв. АН БССР, сер. S8H. - 1973. - № 2.

11. Байрашевский Б.А., МацИ.З., Третьякович В. Г. Исследование режимов работы циклонной камеры при сжигании мазута. Тезисы докладов к Всесоюзному научно-техническому совещанию. Бел. филиал 8НИН, Белглавэнерго. - Минск, 1973, апрель.

12. Байрашевский Б.А. Обобщенные характеристики камеры горения по данным исследований модели // Изв. АН БССР, сер.ЗЭН. -

1973. - № 4.

13. Байрашевский Б.А. Моделирование системы циклон-топка // Изв. ВУЗов, 'сер. "Энергетика". - 1973. - № 12.

14. Байрашевский Б.А., Мвц И.8.,Третьякович В.Г.»Плисвн И.Г. Влияние конструкции решстрачна режим горения в циклонной камере // Известия ВУЗов. - 1974. - » 6.

15. Байрашевский Б.А. Сопротивление и аэродинамическая эффективность камеры горения // Теплоэнергетика. - 1974. - № 6.

16. Байрашевский'Б.А., Третьякович В.Г. Исследование струйных рециркуляционных камер // Изв. АН БССР, сер. 3fcH.-I975.-№ 4.

Г7. Байрашевский Б.А. Исследование тепловых и аэродинамических характеристик рециркуляционных камер горения ВИНИТИ, per. № 2816-75, деп. от 06.10.75 г. .

18. Байрашевский Б.А. Исследование тепловых и аэродинамических хррактеристик рециркуляционных камер горения // Изв.АН БССР, сер. 9ВН. - 1976. - № 2.

19. Байрашевский Б.А.,Барышёв В.И. Исследование локальных характеристик потока в объеме смешения // Изв. АН ЕССР, сер.ЗШ. -

- IS76. - Ii 4.

20. Байрашевский Б.А. К вопросу о моделировании системы топка - горелочное устройство // Изв.ВУЗов,сер.Энергетика.-1976.-И.

21. Байрашевский Б.А. Практические расчеты при исследованиях на моделях // Изв. АН БССР, сер. Ш1. - 1978. - № 3.

22. Байрашевский Б.А., Барышев В.И. Трубчатый воздухоподогреватель. A.C.659637.

23. Байрашевский Б.А. Сравнительный анализ работы воздухоподогревателя с трубами разных диаметров // Изб. АН LCCP, сер.

ФЭН. - 1980. - » 2. .

24. Байрашевский В.А., Степанчук В.Ф., Барышев В.И., Зубок В.А. A.C. » 821043.

25. Байрашевский Б.А., Барышев Б.И., Качан А.Д. Трубчатый, ьозпухоподогрнветель. A.C. Л 8I95I3.

26. Байрашевский Б.А. Повышение надежности работы трубчатых воздухоподогревателей И Теплоэнергетика. - 1981. - 5.

27. Байрашевский Б.А., ПЬлягин Л.Д., КуноЕский В.И. Работа модели при исследовании вентиляции многолюдных помещений // Обеспыливание воздуха и микроклимат. - Ростов-на-Донуj 1981. .

28. Байрашевский Б.А., Шалагин Л.Д. Трубчатый воздухоподогреватель. A.C. 3» 800497.

29.Байрашевский Б.А., Шалагин Л.Д. Влияние компоновки вихревых горелок на движение факела вдоль стен топки // Изв. АН БССР, сер. ФЭН. - 1981. - ИЗ.

30. Бэйрашевский Б.А., Шорох И.П. Водогрейный котел. A.C. ДО 943493.

31. Бэйрашевский Б.А., Берышев В.И., Курилин Л.А. A.C. N 966419.

32. Бэйрашевский Б.А. Водогрейный котел. A.C. JS 992940.

33. Байрашевский Б.А. Водогрейный котел. A.C. IS I0I04Q5.

34. Байрашевский Б.А. Каскадная схема питания водогрейных котлов П Изв. АН БССР, сер.ФЭН. - IS84. - !? 4.

35. Байрашевский Б.А. Влияние секционного подогрева воздуха и диаметров труб на температурный режим воздухоподогревателя холодной ступени /V Теплоэнергетика. - 1985. - 10.

36. Байрашевский Б.А. Воздухоподогреватель, с трубами разных диаметров // Теплоэнергетика. - 1986. - MI.

37. Байрашевский Б.А. О расчете экономии топлива, тепло- и электроэнергии // Электрические станции. - 1987. - 10.

36. Байрашевский Б-А. Расчет воздухоподогревателя с трубами разных пдаметров и оптимального подогрева воздуха в секционных калориферах. Инстчтут математики АН БССР. Республиканский фонд алгоритмов и программ БССР. Инв. номер ГосФАП 50880CCIC6C, инь. номер Р£АП БССР - 00424, 1988 г. :

39. БаЯрршнвскнй Б.А. Организация систематического анализа эффективности ряботы теплосетей П Электрические станции. -1988.

4S

40. Байрашевский Б.А. Оценка эффективности работы теплосетей Н Электрические станции. - 1988. - № 2.

41. Байрашевский Б.А. Оптимизация режима работы водогрейной котельной П Электрические станции. - 1989. - 1С 5.

42. Байрашевский Б.А. Эффективность каскапной схемы питания водогрейных котлов Ц Электрические станции. -.1990. - ДО б.