автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.01, диссертация на тему:Использование процесса термо-пневморазрушения частиц для повышения эффективности сжигания дробленого топлива в топке ЛПИ

САНКГ-ЖГЕЕБУРГСКИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СКНКЩН Николай Николаевич

УДК 621.181.7:533.6.011.3

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОЦЕССА. ТЕгаО-ПНЕВМОРАЗРУШЕНШ ЧАСТИЦ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЖИГАНИЯ ДРОБЛЕНОГО ТОПЛИВА В ТОПКЕ Л1М

Специальность 05.04.01. - Котлы, парогенератора и кшеры

сгорания

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург, 1992

Работ выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент ~ С.к.Шастаков

Официальные оппонента: доктор технических наук, профессор Г.П.Алаев;

кандвдат технических наук, заведующий лабораторией А.А.Таракановский

Ведущая организация - Сибтехэиерго, г.Новосибирск

Защита состоится ^1992 г. в/^шсов на

заседании спедиа^шзированнш'о совет/К 063.38.23 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Саня ?-{1е тер бург, Политехническая ул., 29. ¿?37>°

С диссертацией шано ознакомиться в фундаментальной .библиотека Саккт-Петербургского государственного технического университета.

Автореферат разослан

/А Х992 г.

^/1

Учений секретарь специализированного совета доктор технических наук, профессор

А.С Ласкин

ОЕШ ХАРАКТШ'СТИКА РАБОТЫ"

Актуальность работы« Особое значение имеют программы освоения алаоов дешевых ввдов твердого топливе, прежде всего, углей Канско-Ачинского и Энибастузского бассейнов, Ухудаенке качества кспольэуе-ого топлива при одновременном увеличении единичной мощности энерге-ических агрегатов выявило ряд серьезных недостатков традиционного рямоточного пылеугодьного способа сжигания. Одним из возможных пу-эй уменьшения влияния этих недостатков является низкотемпературный ихревой способ сжигания (топкаЛПК), позволяющий сжигать топливо трубленного сокола и даже дробленое топливо. Последнее реализовано а трех промышленных котлах: Тюменской ТЭЦ (торф), ПК-24 Иркутской ЭЦ-Ю (аэейсКИЙ бурый и черепковский каченный угли) и ЕКЗ-420-140-9 ать-йлшекой 1ЭЦ (ирша-бородикский бурый уголь). Максимальный раз-эр частицы топлива, подаваемого в топки этих котлов, колеблется от } до 100 ш, остаток не сита 5 ш ЙБооо= 25-52$. Наличие в топлк-з значительного количества относительно крупных частиц вызывает нападение Топлива и породы в вихревой зоне топки (ВЗТ), что нарушает )родинамику этой зоны, ухудшает экономичность и надежность работы яда. Экспериментально установлено, что крупные хускя топлива могут аруааться в топочных условиях, вследствие термических и механкчес-□с напряжений возникающих внутри частицы. Для оптимизации процесса тоже ЛШ оказались необходимыми исследования процесса термо-пнев->разруаешш крупных 'кусков натурального твердого топлива*

'Цель работы. Исследование, анализ процесса и разработка методической модели термо-пневмо разрушения крупных части; натурально-| твердого топлива в топке, прогнозирование юс поведения в топочной мере и разработка рекомендаций по конструктивнолу оформлений узлов почной камеры, предназначенной дня сжигания дробленого твердого плшзэ, с целью повышения ее экономичности и надежности.

Зедачи Исследований;

- изучив процесс термо-пневморазрушения крупных частиц нату-льного твёрдого топлива на стенда {

- разработать математическую модель термо-пкевморазрушеная |ГПЯЙХ кусков угля ;

- провести расчетное исследование процессов термо-пневморазру-тея крупных кусков натурального твердого топлива яри их движении в

топочном сбъе^о, в системе нижнего дутья, в горапочных системах ;

- провесам анализ изменения прочностннх характеристик частицу процессе терксгсодготовки ;

- разработать рекомендации по конструктивному оформлению узлов топке, обеспэчЕЕэдах термо-пневморазрушение частиц угля и повышение эконожчноста работы котлов ПК-24 ст.- 9 ИТЗЦ-Ю и БКЗ-420-140-9 ст..'" 6 ТА ТЭЦ, сжкгатоих дробленое топливо.

Кя-учнг'ч новизна ргбош:

- впервые исследопэн процесс термо-плевгоразрушения бурого угля на стс-здоьс.2 установке ъ условиях, лрайваенишс к топочным условия»'/.;

- выявлены факторы, влияющие на процесс терко-пневморазрушения крупных кусков угля, определена связь меяду размером частица, температурой и длительностью прогесса подготовки, критической скоростью ударе;

- предложена модель расчета процесса термо-пневмораэрушения крупных кусков натурального твердого топлива в топках ЛПИ ;

- разработан алгоритм и програша расчета движения частиц натурального твердого топлива в топке ЛИ! с учетом их прогрева, сушки, выхода к горения летучих и терко-пневморазруиения;

- впервые проведен расчет процесса терко-пневморезрушения дробленого топлива для котлов с топками ЛПК.

Практическая, ценность работа:

- по предложенной программе можно проводить расчеты процесса термо-пневморазрушения частиц топлива, в топках, сжигапцих дробленое топливо (топках ЛПй, топках КС) и в других аппаратах ;

- обоснована и разработана конструкция узлов толки ЛПИ, позволяющих повысить экономичность и надежность топочного процесса для котлов ПК-24 с т. А" 9 ИТЭЦ-10, БКЗ-420-140-9 ст 6 71! ТЭЦ ;

- проведен расчет устройства для термической подготовки топлива с последующим термо-пкевморезруиением топлива и отделением кусков породы и расчет варианта системы ввода нижнего дутья, обеспечивающих вывод кусков породы.

. Реализация рекомендаций на котле ПК-24 дает 35000 рублей (в ценах 1969 г.) экономит в год за счет снижения механического недожога.

Предложенные устройства можно использовать при разработке котлов с топкам ЛШ, предназначенных для сжигания дробленых углей Канско-Ачинского бассейна. Создание этих котлов предусмотрено комп-

зкснымн научно-техническими программами Г1СГГ СССР: программа CU.002, эдпроградма 0.01.02 Ц, задание 01.03 "Создать и освоить на УК ТЭЦ птю-промышлешшй энергетический котел пэропроЕзвсдительностыз !0 т/ч с вихревой топкой ЛПК для работы нэ крша-бородЕнскои угле с ¡плофикгциокнгю турбинами без лромперегрева" ; программа 0Ц.0С8, щанке 07.02.01: "Провести исследование и разработать мероприятия » снижению механического недожога при сжиганкк немолотого топлива", дание 07.02.01 "Разработать эсет.зный проект парогенератора к блоку О, МВт для КШКа".

. Личный вклад автора состоит: в проведении всего объема экссе-ментальных исследований по термо-пневморезрушенио частик углей; сленной обработке опктных дазшшс, кх анализе к получении резудьтк-одих зависимостей. Автор участвовал во внутрктопочнкх хсследоваяи-котлов ПК-24 ст.й 9 КТЭЦ-Ю к EK3-420-I40-9 ст. № 6 ТА ТЭЦ, пеоб-гавшх дия анализа процесса термо-пнекиоразруиенкя. Автором разра-гана математическая модель процесса термо-пневморазруаенкя крупных зткц твердого натурального топлива, разработал алгоритм и nporpav-расчета этого прокесса п выполнен ачалиЗ этого процесса в тсш-сех мов ПК-24 ст..Ч 9 ИТЗЦ-Ю и ЕКЗ-420-Ш-9 ст.Л 6 УИ 13Ц. Автором догожены устройства дяя термической подготовки топлива с последув-! термо-пневморазрушением чаотш топлива и систем ввода нижнего 1ья для топки ЛПИ, позвсяяадие повысить ее экономичность прк сжх-ш дробленого топлива.

Степень достоверности а обоснованности результатов. Зкспари-телькые исследования вняолненн с использованием апробированных одяк. Анаянз погрешностей позволяет заключить, что полученные перкменталышэ данные достоверна {критические скорости, время грева и т.д.). Достоверность подтверждается также повторяемостью гльтатов большого числа опытов и совпадением контрольных величия штннм? данными других авторов. Рвсчетк выполнены с применением теменных вотмслуледьннх «столов. Совпадение результатов расчета и [срикентв подтверждает обоснованность предлагаемой кэтоциш.

Автор загоядает:.

- матеуатическую модель процесса терко-пкешоразруження чаотнц дого топлива прк ¡и движецхк в топках ЛШ ; .

- результаты экспериментального ксследовашет прокесса термо-вм.орезрушения крупных частиц угля не стевде и проммвденном arre ;

- 1&<я£ыьии £с* чета процесса торм-пнеЕкоравружшя крупных частиц топлие£1 е топках ЛГй;

- конструктивное офоруление и результаты расчета устройства для термической подготовки твердого топлива, и систем ВЕОда .нижнего дутья для топок Шй,

Агфобшт работы. Ма-гораадк диссертации докладывались и обсуждались нь. Боесоазной научно-технической конференции "Научные проблемы соЕреиевного энергетического машиностроения и их решение" (г.Ленинград, ШЭ7 г,), на "Обцесовзном семинаре по горению энергетических тоядие" е ВШ им,Дзержинского (г,Иосква, 1237 г.), на семинаре "методы прямого преобразования энергии" (г.Киев, 1987 г,), на научно-технических семинарах кафедры РиПГС 0116111' (1Ш7 г.), на научно-методическом семинаре кафедры высшей математики Ч*ВоПИ {г,Череповец, Х£р£ г,),

публикации. основные положения диссертации отражены в пят» работах, Списание .экедердоеэтэльнрй частя работу, промышленного агрегата, да котором проводились оксперикенты, а тагане сводныетаблицы исходнкх д&дащх представлены р н.а>чко-?ехни«еских отчетах СПбГГУ и предприятия Сибтезрнерго (СТО),

Обьеь: работы. Диссертация состоят из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений, 05ъем диссертационной работы; 10с стр. машинописного текста, Ш рисунков, 3 таблицы, 13 стр. списка литературы Цб наименовали!'). Общий объем 1^3 страницы.

Все ¡разделы работы выполнялись под руководством доцента кафедр "Реакторо- у, оароГелераторостросние" Санкт-Петербург ского Р1У к,т.н С.й.ИсстакоЕа.

Во ре 0,0.0 ни и no.Kaaa.ia актуальность теш диссертации (см. раздел "Общая характеристика работы".сформулированы основные направления исследований,

£ первой и второй .глар ах проЕеден обзор и анализ литературных данных и результатов оксперимснталышх исследований сжигания неколо того топлива на стендах и в котлах, оборудованных топками лШ; ПК-1 ст, » Ь КХ^Ц-Ю и ВКЗ-4,Х-14С-9 .ст. 5 С >'И

проведенный анализ показал, что одни»» из основных {акторов, ел якцих на экономичность работы топок ДЬИ, является (¡ракционный сости

ч

сходного топлива. С увеличением размера максимального куска тсшпсва »еличшзается механический недояог. Стендовые исследования по скигг-ю крупных кусков натурального тзердого топлива показали возмоя-)сгь разрушения частиц топлива в топке ЛПК, однако, этот процесс ¡достаточно исследован.

Анализ литературных данные показал, что, осксвяке закономернеета шенкя и горения одиночных честгц бурйх утлой достаточно херово )учены к задача исследований заключается в построшша наименее тру-)емких' алгоритмов расчета этих процессов соответствует:« конкротныгл хяовиям. В литературе отсутствуют сведения о методике расчета напрядай, возникающих в частице при ударе ее в топочш-л. услов-.ш об эк-шы. В публикациях рассмотрены методы расчета м получены эксдерк-штальныа значения разрувавдйх напряжений при свободном ударе раз-1чннх материаловé однако, практически нет данных по разруаениа час-од бурых углей. На основе выполненного анализа поставлены конкрет-je задачи исследований.

В третьей главе рассматривается модель процесса термо-яневмо-' »решения крупных частиц дробного топлива в топке ЛЕК. При расчете мшений крупных частвд в свободном объеме топки можно учитывать злько две силы: силу аэродинамического сопротивления и вес частицы. 5этоку уравнения движения частицы доя плоских течений в декартовой jctmtô координат имеют следующий вид:

m ffé - - Ц,

m - ma ; ■ • m

Тля сферической изотопной частили топлива процессы прогрева и пеки чайтица о изменением агрегатного состояния воды и выхода л втузе веществ можно описать'следующими уревиениямп

Нг - Кехр[-£/<Ртг(г1т;)]-о-у); (5)

¿Ю ' с! у . (б)

с1Т " с/т СГГ '

я&чаяьныа условия: . Т, Сопз~£ ■ £ «■£3.;

граничные условия:: Т, ~ /^ '^сп" °сп2Т и

^ ^ • [т^ - Тг (*гд)], а ■ е-ГГ^/ОЗ* .

- граничное условие третьего рода, учитывающий лучистый и конвективный теплообмен частицы с потоком газа.

В системе уравнений (2-6) первые два уравнения описывают прогрев шаровой частацы до и после фронта испарения. Сначала вдет прог-. .рев частицы, но как только температура поверхности частицы достигает температуры фазового перехода, резко интенсифицируется испарение влаги с возникновением фронта ксперенкя, который по мере дальнейшего прогрева частицы перемещается к центру. Эта стадия проходит в условиях неоднородного поля температур по сечению частицы. Сухой слой частицы продолжает прогреваться и э нем происходит термическое разложение органической массы тоюшва с выделением летучих веществ, это - вторая стадия горения крупкой частицы топлива. Поэтому горение крупной частици топлива описывается нестационарными квазклинеЯнкми уравнениями теплопроводности с переменными коэффициентами температуропроводности, зависящими от темперетурн.

Для решения этой системы уравшкй был использован метод конечных разностей (неявная схема). Поэтому методу рассматриваемое тело разбивается на несколько концентрических объемов конечных размеров. Б центре каждого объема выбирается узловая точка или узел. Теплоемкость всего вещества, находящегося в элементарном объеме, считается сосредоточенной в узловой точке. Узловые точки соединяются друт с другом теплолрсводящими стержнями с термическим сопротивлением стен-га толщиной, равной талщше концентрических объемов. Крайние узлы обмениваются теплотой с округ.ающей средой.

Данная математическая модель прогрева, сушки, выхода и горения летучих, ьицеств одиночных честкц топлива дала удовлетворительное со-' владение расчетных и опытных данных, полученных не экспериментальной установке (ркс.1).

Процесс прогрева и супки частиц натурального топлива сопровож-ается значительным градиентом температур по сечению частицы, что олжно вызывать появление термических напряжений.

При расчете термических напряжений в ему симметрии н.енулевыми удут три компонента напряжения: радиальная С^и две окружные О^ . Они должны удовлетворять условию равновесия элемента шара радиальном направлении 4

С7)

При условии симметричного относительно центра распределения ^ эмператур, а также отсутствия усилий на внешней поверхности ( 0) расчет радиальных к окружных компонент термических наа-¡жений мсино провести по зависимостям:

а мсино провести по зависимостям:

СГ-/г^г-^/г^; . (8)

° . о

с5 е4

'А /

При ударе частиц о стены топочной камеры к термически/ напряхе-ям будут добавляться ударные механические напряжения.

Расчет напряжений при механическом ударе, исходя из условий ко-эктной задач::, делается в предложения Герца, что период собствен-г колебаний в жаре достаточно мал по сравнению с длительностью ара. При такой постановке задачи распределение напряжений при уда-можно заменить статически.*. Расчетные зависимости, например, на 4 симметрии £ имеют следующий вдд:.

гг- - да)

1. О ~ 'Ущ -(У-рУ/'/г *. /О. ^р ~ радиус поверхности контакта.

Используя принцип аддитивности напрягеннй, можно просуммировать для соответствующих точек шара. Но второй прочности точки с макальными эквивалентами напряжениями будут самыми опасными и в них вятся первые признаки разрушения частицы. Сравнивая расчетные и периментальные значения раэругаяпцюс напряжений, мгаяо определить овия разрушения частицы при ударе.

По выиепрпБеденшм уравнениям бил составлен алгоритм расчета и програ/уа расчета процесса термо-пневморазруаекия крупных частиц тог лива при та дмкекии в объеме топки ЛПК.

Общий текст программы численных расчетов состоит из трех чаете}

- диспетчерская часть, которая в зависикооти от местоположения и внутреннего состояния частицы либо прекращает счет, либо передает управление з Слск расчета удара о тсдочнке экраны, либо в блок расче та параметров г.отска в точке нахождения частиш, либо в блок ргсчетг температур внутри частицы, либо в блок термических к механических нгпрякенкй;

- расчетная часть прогрегдш, в которой после определения параметров относительного движения частицы осуществляется численное решс кие системы уравнений (1-10) ;

- аналитическая часть, которая контролирует текущие параметры частицы (запоминая наиболее характерные из них), печатает промежуто' ные результаты и прекращает счет по достижении заданных .ограничений.

Алгоритм расчета траектории движения крупных частиц постоянной массы принят по диссертации Усика Е.В, Он дополнен текстом программы расчета температур по сечению вдетой сферической частицы бурого угля по работам Парамонова А,П., Дудукалова А.П. и дополнен текстом программы расчета термических л механических напряжений,

В четвертой главе приводится описание стенда, объектов испытаний, методики исследовании и дается анализ экспериментальных результатов по исследовании процессов термо-пневморазруиекия крупных частиц натурального твердого топлива. Экспериментальная установка позволяла моделировать условия нагрева частиц в реальной топочной камере и условия соударения их с экранами.

В опытах были исследованы сферические частицы топлива диаметра, от 12 до 2в мм (с нагревом) и до БО ш (без нагрева)трех марок угле! ирша-бородинского и азейского бурых и черемховского каменного углей, с ввдеракой в печи от 5 до 100 секунд, в диапазоне температур 303-1343 К к скоростей удара от 1,5 до 10 м/с ; изменялся также угол уд; ра частиц о поверхность. В опытах определялась критическая скорость частиц. За нее принималась средняя скорость частиц по 10 последова-тельнш опытам, в которых шары, изготовленные из одинакового матери-ада, одинакового размера и выдержанные в печи при одинаковых условиях, разрушались во всех опытах подряд как минимум на две части, примерно равновеликие,

В результате получены эмпирические зависимости критической скорости разрушения от массы частиц при комнатной температуре (рис.2): для нрша-бородинского, азейского бурых и черекховского каменного углей (соответственно): _,

¡/у У ^/т (II)

где константа, равная 2,25 кг.^/с*" для ирта-чЗородинского б.у.,

1,82 кг.г.?/с2 для азейского б.у, и 0,330 кг.ь^/с2 для черемховского каменного углей.

Опытные данные аппроксимировались этими зависимостями с точностью —2,3% в интервале изменения: скорости от 1,5 до 10 м/с и массы от I до 90' грекм.

Обработка опытных данных; по ирша-<5ородинскоку бурому углю при резной температуре в печи и разной выдержке в ней (рис.З) дала следующие аппроксимирующие зависимости (с точностью £{#) критической скорости разрушения образцов одинакового размера от времени выдержки:

для кривой I Г- бЗЗ/Г еар С- о,оо4><? ^ ; к)

для кривой 2 Г-тАГ Кр-М^е^б^- аоЖТу/

для кривой 3 Г'.УУ&А? ¡^ - ^ /

Изменения критической скорости разрушения термоподготовленннх частиц от размера для частиц ирша-йородинского угля при температуре в печи 968 К представлено на рис.З, Обработка опытных данных дала следующие зависимости (с точностью ^8%) критической скорости разрушения от размера частиц и времени термической обработки:

дм кривой Г Щи -узг? ехб ^да?*? /У ,

для кривой 2 с/'^г/О'-3^, ¿до?. & , <13> •

для кривой 3 - сярб^ ¿>УСЬ

Обобщенная зависимость выражений (12) и (13) имеет следующий вод (с точностью до "£14$)"

. - ТУ (14)

Связь критической скорости разрушения и времени термической подготовки образцов сферической формы при разных углах атаки аппроксимирована зависимостями (с точностью ^11%) (рис,4).

при с/ е 30

при ос =45° ¡^ (15)

при оС =60° у^'щор^е^^-^о^^^/

В экспериментах также получены коэффициенты восстановления скорости частиц при ударе: для краа-бородкнского бурого угля 0,31; для аз ейского бурого угля Л^ = 0,34; для черемховского казенного угля =-0,43. Установлено, что время термической обработки образцов до начала интенсивного выхода летучих не влияет на коэффициент восстановления скорости. 1

Предложенные аппроксимирующие выражения могут быть применены в диапазоне изменения параметров: скорости частицы - от 0 до 10 м/с, времени ее термической подготовки -до-1Б0 секунд,, диаметра, от 12»Юм до 27 «Ю-8 v», температуры в печи от 633 до 1173 К.

Обработка стендовых данных по предложенному в разделе 3 алгоритму дала, возможность определить зависимость разрушающих эквивалентных напряжений от размера частицы, температуры поверхности частым, градиента температуры в частице и относительной координаты фронта, испарения влаги (с точностью £36$) (рис.5):

где ^ - координата фронта испарения.

Для проведения расчета процесса термо-лневморазрушения в топочной камере котлов по предложенному выше алгоритму, надо знать характеристики топочной среды. Для этого на котло 1КЗ-420-140-3 ст..'? 6 УРГ ТОН были проведена внутритопочные исследования и получены профили скоростей газовых потоков, распределение.температур, падающих тепловых потоков и концентрации кислорода для определяющих сечений топки в трех характерных режимах. В этих же режимах экспериментально подтверждено, что расчет длительности видимого горения летучих (после чего происходит разрушение частицы топлива произвольной формы) можно проводить по зависимостям, предложенным Лобовым В.К. и Шестаковым С.М., причем за характерный размер принимается минимальный размер частицы.

Пятая глава посвящена численному исследованию термо-лневмораз-рушению топливных частиц в топках котла БКЗ-420-140-9 ст.Л 6 УК ТЭЦ -и котла ПК-24 ст.-1? 9 КТЭЦ-10 и расчету узлов, обеспечивающих увеличение экономичности и надежности этих котлов.

Расчеты показывают, что в котле БКЗ-420-140-9 ст. Я' 6 УК ТЭЦ из

нижней вихревой зоны (НВЗ) выносится в прямоточную часть факела от 3,75» До 12,5% горючих веществ. Вкход горючих в штэковую ванну с оди-. ночными крупными частицами топлива составляет от 0,000664 до 0,26%, что близко к опытным даннда, полученним при испытаниях котла БКЗ--420-140-? ст. JS 6 ТЛ ТЭЦ.

Поведение', топливных частиц в толке зависит, презде всего, от их размера. Частицы топлива с размером от 2-10"® до 10.10"® м циркулируют в вихревой зоне (рсс .6). Частицы топлива с размером от 10-10~®м до 60.10"® м ложатся на фронтовой скат и внгорают на кем до момента терморазрушения. Частица топлива с размером меньше 2.10"® м уносятся из НВЗ после выхода летучих веществ. Частицы породы с размером меньше 20-10"® м ложатся на фронтовой скат и накапливаются на нем. Анализ движения частиц показывает, что при ударе о задний скат могут разрушиться частицы с размером более 10-10 м (при центральном ударе) . При ударе о трубную поверхность (с учетом угла удара) может разрушиться до 55/2 этих частиц.

Из 1333 котла IK-24 выносится от 2,97?! до II,2% горючих веществ. Выход горючих веществ в шхаковую ванну составляет от 0,322% до 2,48£, Частицы топлива с размером меньше 1,5*10"® м уносятся газами из НВЗ после выхода летучих веществ (рлс.7). Расчет траекторий показывает,, что тешо-пнеклораз рушиться могут частицы топлива с размером (10 -f-12) .10 м. Куски породы с размером меньше 20>10~® м накашиваются на заднем скате топочной воронки.

В топках котлов ПК-24 и БКЗ-420-140-9, несмотря на их разные аэродинамические схемы, крупные частицы угля накапливаются на скатах в районе устья топочной воронки и находятся там ло полного выхода летучих веществ и воспламенения коксового остатка, после чего частицы разрушаются. По опытам и расчетам время до начала воспламенения коксового остатка, составляет от 40 с (для частиц размера* I0.I0"3 и) до 640 с (для частиц размером 30.10"® м), т.е.. устье топочной воронки постоянно загружено частицами угля и породы. Причем за крупными, частицам»! создается аэродинамическая, тень, в которой собираются в мелкие частицы. Это вызывает отрыв струи нижнего дутья от ската и увеличивает механический недожог. Удаление крупных кусков угля и породы, накапливающихся у устья топочной воронки, устранит нарушение аэродинамики струи нижнего дутья.

Анализ' процесса термо-яневморазрушания крупных частиц тошшва показал, что высокую экономичность топки моясно обеспечить, если ис-

tf.

АО го за ч» л>

да го зо %с

Рис.1 4) массе; 8) М температуре 8 центре

а ?

,5 V 3

/с ¿0 30 40 зс ¿о 1$

ГУ\'1Р',!С1

АЗ

Рис.2. I-ирша-ЯсреЭипскни г-аьеиЫш З-черемх.«.у.

10 20. 30 w JV 6B Iff SûZjc Put,5. {,2,3-à=12/û'U ярц S8% imftHj-d-nj^Wt^*, ^ШИ

чг

го 50 40 So 60 fe т,с Pi4C.4, L-U-O0', ^oi^jrf', Q-^SP"

Í3

in

' пользовать предварительную (до топки) термическую подготовку крупных ' кусков топлива с выводом кусков породы в шлаковую систему. В устройстве для термической подготовки топлива предложенном в диссертации, происходит сепарация частиц. Мелкие частицы подаются в НВЗ, а крупные - в накопитель, в котором они подвергается термообработке. После термообработки они также подаются в НВЗ, где разрушаются на скате топочной воронки до размеров (5 +10).10"® м. В результате этого дробления куски угля не будут накапливаться в устье топочной воронки.

Анализ движения кусков породы в НВЗ показал, что установка ло-вуиех в месте удара частиц о скат после пересечения струи нижнего дутья позволит вывести куски породы из НВЗ топки в шлаковую ванну. Предложенные мероприятия позволят увеличить экономичность и надежность топок ЛПК.

Заключение

1. Анализ экспериментальных данных, полученных в промышленных . условиях,показ ал, что крупный кусок топлива нарушает аэродинамику процесса; также установлено, что при сжигании дробленого топлива наблюдается термо-пневморазрушеняе крупных частиц угля.

2. На основании исследований процесса.термо-пневморазрутения на стенде и в промышленных условиях получены эмпирические выражения для определения критической скорости разрушения частиц угля в зависимости от массы частиц, температуры и времени термической подготовки их в реакционной камере, влажности частиц и угла удара о поверхность преграды.

3. Предложена эмпирическая формула, позволяющая определить критические разрушающие непряжения, возникающие в частице сферической формы, учитывающие влияние размера и температуры поверхности частицы, градиента температуры по сечении частицы и положения фронта испарения влаги в частице. Предложена эмпирическая зависимость, позволяющая определить время, необходимое для терморазрушения частиц произвольной формы. Получены коэффициенты восстановления скорости образцов после удара о преграду для ирша-бородинского, азейского бурых , и черекособского каменного углей, зависящие от температуры и времени нагрева в лечи. ' .

4. Разработана математическая модель процесса термо-пнешораз-рушения крупных кусков натурального твердого топлива в топке ЛШ, которая учитывает прогрев, сушку, выход и горение летучих веществ,оиа дает удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных. ... 15

5. Разработан алгоритм и программа численного расчета процесса термо-пневморазрушения при движении частиц в топочной камере. Для конкретного расчета процесса в топках ЛШ определены поля скоростей и температур газового лотока, пада*жих тепловых потоков и концентраций кислорода внутри топок. В результате расчета получены траектории движения частиц переменной массы в топочной камере с учетом их разрушения. Показано, что частицы крупнее 10.10"® м разрушаются в топ. кв котла БКЗ-420-140-9( а неразрушенные частицы Породы крупнее

30.10"® м накапливаются в устье топочной воронки.

6. Анализ расчегнииэксперименталышх данных, полученных автором на стенде и в промышленных условиях, показал, что фракционный состав топлива, находящегося в топке, определяется процессом термо--лневмораэрушения частиц» а не скоростью выгорания одиночных частиц.

7. Проведены расчеты, которые позволили выявить пути уменьвения механического недожога» а именно предложить! устройство для термической подготовки топлива ; системы ввода нижнего дутья, обеспечивающие разделение фракций топлива, разрушение крупных топливных частиц и вывод породы из НВЗ в шлаковую систему} разработать рекомендации по конструктивному оформлению этих узлов для котлов ПК-24 от* № 9 ИТЭЦ-10 и ЕКЗ-420-140-9 ст. К 6 УИ ТЗЦ, сжигающих дробленые бурые утли.

Обозначения

т , С , ^ , , \л/Р, ё ( <?г » У„ . У3 - соответственно масса, коэффициент аэродинамического сопротивления, площадь мвделева сечения, плотность, влажность, текущий и максимальный радйус, координаты фронта испарения, проекции скорости частицы; ^ ,

- соответственно плотность, температура потока, проекции скорости потока; (¿,Т) . а, (V , а2(% Лет) ,

, V!я«т)» • Уа«п ' V - соответственно температура, коэффициенты температуропроводности до и после фронта испарения, теплота парообразования, доля летучих в частице» доля выделившихся летучих ; <3^- степень черноты угля, принятая 0,8 4 0*о- постоянная Стефана--Больцмана; С - энергия ективедии ; (2 .- универсальная газовая постоянная , о^'» Е , Р * О - соответственно коэффициенты Пуассона и теплового расширения, модуль упругости, сила динамического •взаимодействия, радиус поверхности контакта; Т • Я - время и ускорение свободного падения.

и

Публикации по теме диссертации

1. Применение планирования эксперимента при исследовании процесса горения крупных частиц топлива / Дудукалов А.П., Синицын H.H., Шестаков С.Н. Ленинградский лолитехн.ин-т. - Л., 1984, - 7 о, -Бийлиогра}. 2 назв. - Рус. Деп. 13.08.84, Ä 1571 ЭН-ДВ4. Деп. ШОИШВРП). .....

2. Дудукалов А.П., Синицын H.H., Токунов А.П., Шестаков С.М. Исследование выгорания частиц твердого топлива на стендовой установке. - В кн.: "Научные проблемы современного энергетического машиностроения и их решение". Тез.докл. Всесоюзной научно-технической конференции, Л., 1987, 28-29 января 1987. С.138-139.

3. Павлов A.M., Синицын H.H., Шестаков С.М, Стендовые исследования влияния отдельных- факторов на прочность частиц твердого топлива. Там же, с.143.

4. Анализ напряженного состояния частиц немолотого топлива в топке 1Ш / Шестаков С.М., Дудукалов А.П., Люйов В.К. , Парамонов А.П., Синицын H.H. Ленинградский лолитехн.ин-т, - Л., 1987. - t4 с. Библиограф, 15 назв. - Рус.-Деп. 13.05.87 JS 386.-ЭМ 87 ЦШШТЭИТфШ.

5. Исследование разрушения угольных частиц на стенде / Шестаков С.М., Павлов A.M., Синицын H.H., Эркенов А.К. Ленинградский политехи, институт. - Л., 1987. - 15 с. - Библиограф. 4 назв. -Рус.-Деп. 13.05.87 № 38Ф-ЭМ 87. ЩШТЭИТШШ. -

Падпимано к печати lb.Ö(i.9Z?. Заказ. £6 &

Отпечатано на ротапринте СПйИУ

I9525I, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

Тирах 100 экз. Бесплатно,