автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.01, диссертация на тему:Разработка метода расчета теплообмена в топках паровых котлов с учетом аэродинамической организации процесса горения

Мй г, В 9 2

НССКОЕОК'Ш ордена ЛЕНИНА и ордена СКГЯЕРЬСКСЙ РЕВОЛЮЦИИ 51ШРГЕТ ИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На'правах рукописи

СУПРАНОЗ Виктор Михайлович

РАЗРАБОТКА МЕТОЛА РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКАХ ПАРОВЫХ ' КОТЛОВ С УЧЕТОМ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ГОРЕНШ

Специальность 05.04. (я - Котлы, парогенераторы и'камеры

сгорания

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА

1992

Работа выполнена на кафедре Парогенератсрсстроени:; Московского ордена Ленина к ордена Октябрьской К-болюцин энергетического института.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент ИЗШОВ М. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Д0ШПШ Г.Н.

кандидат технических наук, в.н.с. ЛРХИЮВА.М.

Ведущее предприятие: • Рязаньэнерго

Защита диссертации состоится .1$.. ____1992 года

в аудитории Б-409 в. /£*. час. ЭР... мин. на заседании специализированного Совета К. 053.16. ОБ Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 105835, ГСП, Шсква, Е-250, Красноказарменная ул., д. 14, Московский энергетический институт. Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке 1011

Автореферат разослан .. .-Г^... 1692 гсда.

Ученый секретарь специализированного Совета К. 053.16.05

к. т. н., с. н. с. -</¿4. Лебедева А. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из условий успс-иного развития котлостроения является создание и внедрение систем автоматизированного проектирования паровых котлов (САПР). При этом наиболее сложные проблемны возникают при оптимизации конструкции топки. Рекомендованные нормативным методом расчетные методики не позволяют учесть влияние принятой аэродинамической организации процесса горения на температурное поле топочного объема и характер распределения температур загрязнений и плотностей тепловых потоков по высоте и ширине стен. Существующие нормативные методы не позволяют достоверно оценить надежность и эффективность работы экранных поверхностей, уровни температур, а следовательно и экологические показатели топочного режима. Возникает сложности и при оценке влияния топочного процесса на работу конвективного и ширмового пароперегревателей, надежность обеспечения выхода жидкого шлака (в топках с ИЩУ).

Таким образом, в рамках САПР должна существовать возможность проведения численного эксперимента, позволяющего учесть взаимосвязь протекающих в топках процессов. Если при этом на базе результатов, полученных при помощи других модулей программного обеспечения САПР, невозможно создать однозначно определенную базу исходных данных, необходимо рассмотреть возможность проведения многовариантных расчетов, позволяющих определить оптимальные режимы работы топки.

Цель работы - разработать методику расчета и лакет прикладных программ, позволяющие учесть влияние аэродинамической организации процесса горения на локальные характеристики теплообмена в топке. Она достигается путем решения следу»-1ащих задач:

- построения математической модели теплообмена, адекватной реальным процессам, протекающим в топке;

- изучения свойств модели путем проведения расчетов на ЭВМ г сопоставления полученных результатов с опытными данными;

- выработки рекомендаций по применению метода расчета и жета программ.

Метод исследования комплексный, включаю-

щий построение математической модели, численное моделирование процесса теплообмена, проведение работ на действующем оборудовании и сопоставление расчетных и экспериментальных данных.

Научная но'визна диссертационной работы:

1. Предложен метод, позволягаций с учетом аэродинамической организации процесса горения расчитать локальные характеристики теплообмена в топке.

2. Разработаны рекомендации по схематизации аэродинамической картины течения, делению объема и поверхности стен на зоны.

3. Эксп- г/иментально подтверждена возможность использования предложенного метода для расчета топок специальных конструкций, к которым неприменимы рекомендации нормативного метода

Достоверность и обоснованность результатов работы обусловлена применением современных методов математического моделирования и вычислительных средств, логической непротиворечивостью полученных результатов и их соответствием экспериментальным данным, полученным с использованием современных измерительных средств.

Практическая ценность работы:

1. Разработаны пакеты прикладных программ, позволяющие реализовать предложенный метод расчета как на персональных компьютерах, так и на машинах типа СМ.

2. Пакеты прикладных программ могут использоваться как на стадии проектирования для оптимизации конструкции топки, так и для поиска лучшего режима работы топки действующего котла. •

3. Полученные результаты использованы при разработке проекта реконструкции котлов БКЗ-320-13.8-560ГМ Дягилевской ТЭЦ.

Апробация работ й. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались: на научно-технической конференции " Научно-технический прогресс в области совершенствования тепловых процессов и новые технологии промышленных установок и ТЭЦ" (1987, Челябинск); на Всесоюзной конференции "Теплообмен в парогенераторах" (1988, Новосибирск); на

III Всесоюзной конференции молодых исследователей "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики" (1989, Новосибирск); на II Всесоюзной конференции "Теплообмен в парогенераторах" (1990, Новйсибирск); на конференции молодых ученых и специалистов МЭИ (1988); на научных семинарах кафдры Парогене-раторостроения МЭИ (1987-1991).

Публикации. Результаты работы отражены в 2 статьях, 5 тезисах докладов.

Личный вклад автора заключается:

- в разработке математической модели, рациональных алгоритмов и реализующих их программ;

- в проведении расчетных и экспериментальных работ, позволивших оценить достоверность результатов расчета;

- в разработке рекомендаций для проекта реконструкции котлов БКЗ-320-13,8-560ГМ ДЯгилевской ТЭЦ (г. Рязань).

Автор защищает разработанную методику, позволяющую учесть влияние аэродинамической организации процесса горения на теплообмен в топке, реализующие ее рациональные алгоритмы, результаты расчетных и■экспериментальных исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выэодов и списка литературы, зключающего 127 наименований. Работа содержит 145 страниц машинописного текста, 74 рисунка , 14 таблиц и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены задачи расчета теплообмена в топках, факторы, определяющие процесс теплообмена, проанализированы возможности существующих методов расчета

Отмечается, что существующие нормативные методики не учитывает или учитывают лишь косвенно общую взаимосвязь топочных процессов и не позволяют расчитать локальные показатели теплообмена. На основе исследований, проведенных в СибВТИ, УралВТИ,

Сибтехэнерго, МЭИ, ЛГО1 и других организациях, показано, что протекание теплообмена в топках, реализующих факельный способ сжигания, в значительной мере определяется аэродинамической организацией процесса горения.

При строгом математическом моделировании топочных процессов необходимо рассматривать полную систему уравнений газовой динамики. Так как большинство уравнений системы являются дифференциальными, то наличие интегро-дифференциальных уравнений переноса излучения и энергии -сильно затрудняет совместное решение уравнений. Из многих моделей радиационного теплообмена методы дифференциального приближения позволяют наиболее удачно разрешить это противоречие. Однако применительно к топкам паровых котлов такой подход сильно затруднен из-за сложности описания граничных условий. Показано, что в зтсЛ ситуации и исходя из реальных возможностей имеющихся ЭВМ, наиболее рационально использовать зональные методы расчета, позволяющие в принципе учесть взаимосвязь топочных процессов. Большой вклад в их разработку внесли Ю. А. Суриков, А. С. Невский, Ю. А. Куравлев, В. Г. Ли-сиенко, Э. С. Карасина и другие исследователи. Однако многие вопросы, связанные с моделированием аэродинамической организации процесса горения и ее влиянием на результаты расчета до сих пор оставались открытыми.

Во второй главе рассмотрены принципы построения математической модели и определен набор исходных данных при общей постановке задачи, которая заключается в определении локальных характеристик теплообмена для топки произвольной конфигурации, реализующей факельный способ сжигания, заполненной излучающе-поглощающе-рассеиваюцей движущаяся средой. При этом учитывается подвод материальных потоков в топку и отвод их из нее, неравномерность полей физических параметров как в объеме топки, так и на ограничивающих его поверхностях.

Среднезональные температуры 7J находятся путем реие-ния системы, состоящей из m+n нелинейных алгебраических уравнений энергетических балансов зон типа: min. ,

где шип- количества объемных и поверхностных зон, коэффициент!! радиационного обмена, Вг/К^1; - коэффициен-

ты конвективного обмена, Вт/К; С' модность источников (стоков) энергии в - зоне ^ , Вт. >Аэродинамическая организация процесса горения может быть учтена! на этапе предварительного определения величин , , (¡^^ т .

Для выбранной схемы деления топки на зоны необходимо определить значения межзональных расходов компонентов топочной среды. Материальный баланс зоны j по к-му компоненту описан уравнением вида: т

Здесь - суммарный расход к-го компонента из зоны }, м3/с

или кг/с; - расход к-го компонента из зоны 1 в зону у,

(ТО Л " коэффициент, учитывающий сепарацию дисперсных компонентов; _уи^ - коэффициент, определяемый характером к-го компонента (для расходуемых компонентов —1, для образующихся - уИ^ -1); - количество к-го компонента, образующееся или расходуемое при сгорании 1 кг или 1 м^топлива (для топлива -1); - количество топлива, выгорающее в единицу времени в зоне ;), кг/с или м3/с. Если номер объемной зоны 1-0, то рассматривается приток-к-го компонента в зону j извне. (Здесь и ниже м1 - при нормальных условиях.)

Для определения межзональных расходов компонентов топочной среды уравнение (2) необходимо дополнить соотношениями вида:

где - доля материального потока, попадающего из зоны о в

зону ¡; она может быть найдена путем обработки опытных данных, полученных на изотермической модели топки или расчетным путем. Если индекс 1-0, рассматривается отток к-го компонента из топки.

Количество уравнений и неизвестных в системе (2,3) равно (пн-г). Здесь г - число межзональных перетоков компонентов топочной среды, выбранное при схематизации картины течения, включая оттоки из топки и исключая притоки (они известны).

Тот факт, что в (2) учтена сепарация дисперсных компонентов, способствует более точному определению теплоемкости топо -

- о -

кой среды к ее радиационных характеристик, особенно при скига-•нии выескэзольных топлпв ... топках с жидким эдакоудалэнием, для которых характерны меньшие значения коэффициентов 'уноса золы . Величины (^к)^ Для голы могут быть определены для каждого конкретного случая, исходя из значений оСуи

Реыал систему линейных алгебраических уравнений (2,3), записанных для всех объемных зон, можно определить все значения (■ При использовании такого подхода необходимо контролировать соответствие моделируемой аэродинс•пческой картины течения характеру выгорания топлива путем сопоставления количеств кислорода и топлива, вносимых в конкретные объемные зоны, с соответствующими значениями ¿5/ '.

Зная , можно учесть влияние аэродинамической орга-

низации процесса горения на концентрационные характеристики компонентов топочной среды и ее радиационные свойства. Средне-зональные значения долей ЯО^ и объемной концентра-

ции золсеых частиц .У^зл для зоны з рассчитываются по формуле:

где п - индекс, который может принимать значения ^гО , или А (в последнем случае вычисляется •

КГ/мг); ¿V И к

4

- количества --.омпонентов топочной среды в зонах 1 и и исключая золу и топливо. Таким образом удается учесть влияние картины течения в топке на радиационный тепдолере-ное. Для определения угловых коэффициентов излучения и коэффициентов радиационного обмена используется методика, предложенная Ю. А. Журавлевым.

Непосредственно конвективный теплоперенос в объеме тспет учитывается при расчете коэффициентов ^¿у между объемными зонами:

где - теплоемкость к-го компонента топочной сгерп,

Дж/(м3-К) или Д;!У(кг-К). Конвективный теплообмен между ебтемно* зоной 1 и поверхностной ] учитывается при вычислении соответствующего коэффициента конвективного обмена:

Зд.--оь СС(! - коэффициент теплоотдачи, Бт/(;.;-К); г.-:

2 / "

площадь контакта зон ) и j ,м . При оценке при помок-.

ичьестных критериальных зависимостей используются найденные ран^е значения Сб/Оу с поправками на экспериментально полученные данные о неравномерности эпюр скоростей.

И, нлконрц, слагаемое О "у"7 позволяет учесть влияние ^ я

таких ф-чкторов, )сак характер выгорания топлива и наличие тепломассообмен"1. между топочным объемом и пространством вне его (отвод и отбор продуктов сгорания из топки, присосы, сбросы из пы-лесистем, рециркуляция газов в топку): ^

Здесь (Ск^о < ' температура к-го компонента мате-

риального потока, втекающего из вне в зону .¡, К; С(/у ~ Т(?п~ лота сгорания топлива в зоне :), Дж/кг или Дж/м3. Значения оцениваются по нормативным данным или по методу ЦКТИ-ТКЗ. Можно применять и методику Т. В. Виленского, позволяющую отразить конкретную организацию ввода топлива, воздуха, газов рецирокуляции в горелку.

Разработаны рекомендации по делению на объемные и поверхностные зоны с учетом особенностей предложенной математической модели. Количество и расположение объемных зон должны удовлетворять следующим условиям:

- адекватно отражать основные особенности аэродинамической картины течения в топке;

- соответствовать реальным (или предполагаемым) характеру выгорания топлива и положению факела в- топке;

- быть увязанным с местами и характером ввода в топку материальных потоков и отбора из топки продуктов сгорания;

- не допускать наличия в системе зон или групп зон, не связанных с другими по материальным перетокам;

- в областях топочного объема с высокими градиентами температурных и концентрационных полей необходимо, если это возможно, предусмотреть уменьшение размеров зон.

При выделении поверхностных зон необходимо:

- учесть особенности экранирования стен топки и реальные (или предполагаемый) характер их загрязнения;

- учесть компоновку горелок, особенно в случае моделирования режимов работы с неравномерной по топливу или воздуху загрузкой горелок или их ярусов.

В диссертации на примере топок с фронтальным и встречньп расположением прямоточных горелок рассмотрены схематизации аэродинамической картины течения и выделение объемных и поверхностных зон. Показано, что корректное деление на зоны возможж осуществить в пределах 40 объемных и во поверхностных зон.

В третьей главе описаны характеристики па' кетов программ, написанных на языке FORTRAN, реализующих математическую модель. Пакет, предназначенный для работы на ЭВМ ти па СМ допускает максимальные количества зон т-9 и п-2б. Паке' для реализации на персональных компьютерах IBM-PC/AT с процес сорами 286 или 386 допускает значения mi 40, п$60, но это ог раничение не связано с возможностями ЭВМ и поэтому число зо может быть увеличено.

Пакет включает программы для вычисления межзональных рас ходов топочной среды и ее радиационных характеристик, обобщен ных угловых коэффициентов излучения, приведенных разрешающи угловых коэффициентов излучения и коэффициентов радищионног обмена, среднезональных значений температур и плотностей тепло вых потоков для поверхностных зон, локальных характеристик теп лообмена в произвольных точках.

Рассмотрен рациональный алгоритм расчета обобщенных угле вых коэффициентов методом статистических испытаний, позволяют»1 учесть сложную конфигурацию топки и неоднородность характерно тик топочной среды. Предложен эффективный путь реализации ите рационного процесса для решении системы нелинейных алгебраичес ких уравнений энергетических балансов зон.

В четвертой главе представлены реэультг ты расчетного и экспериментального исследования теплообмена топке котла БКЭ-320-13.8-560ГМ; разделенной полупережимом i камеры горении (КГ) и охлаждения (КО). Принятые для расчета к

тины течения (рис.1) соответствовали режиму полного гереееченля струя (Р.ПС) и нерасчетному г»)гаму течения (HFT). Автором провидены измерения плотности падающего радиационного пстогл на котле при сжиг;-,.-.ии природного газа, в том "<п:сле с НРТ в топке. Для сопоставления с расчетом испольоомлись и опытные данные И а Рссдлкова, полученные при скигалии и-'язута.

При сжигании газ:', в режиме ППС максимальный урокенъ темпе-

id:d цао 120o 13 o o ikoo isoo

,2. Распседеленле 'тёглератуш толочно'/. среды по высоте топкп (индекс" "в" - в восхода-гз!' потоке, "п"-в области над перекалом) при с::;£гании газа ( г =0)

Нм

1S

10

\ к i i ъ-гоа г/ч

\ \\ 1-HPT 2-ППС.

—Рас т-МО •чет 1?риме т / <Я//ГТ)

!»г

Рлс.З. Распределен;» плотно;;?:; г цпонного потока по Escore

на (индекс "л"- легая часть гксгит/'п"-правач часть прл с:.:лгал:::: газа" ( Г =0)

го i

10 a) Г' е/°

щАИаснегг,——

' $ S ь»

Рлс.4. Распседеленле плотности падающего радиационного потока по высоте Фронтового экрана при сжигании газа \ Г =0)

Рис .5 .Влияние доли рецисктляшш на температ7рч в КГ (а) и распределение ^""Зпо илпппе "йо-о-еого экрана на высоте 3,4 м(б) (глзут)

гч-ур ■•"Г.'.-тся У футерованного пола т.*пкя « :"'), хотя >;а-лсвидел-ьне р. верхней части КГ ."пачптгдьное (СОЛ, члм :: mi>;¡*3 C18S). ''то чврано тем, что гер::нчя область КГ ».'«¡сливка его?? зимся фтг^лсм и расиацпэтшй теплообмен здесь :i:ítoho;íf(w, рис. 3}; кроу--» того, температура гдесь пскикаетея в результате втекания относительно холодных толхквсЕоядугсннч струй.

Восходящий поток в Г'"> в основном .f/ормируетсл ыгтечотемп*-ратурными газами, екходяя:;';.:;; из м-\'-я?руСного проевр шстеь. 3 ;п 4 :ей части потока происходит догорание и ¡носа топлнгово.- нужной смеси из струй (2%). Поднимаясь ьдоль с'ронтивого, зкр.;;".'-, продукты сгорания равномерно охл?>т/'НгГся и частично поступают в область над пережимом, радиационный теплоперенос в ксторуп кя КГ ограничен. В результате уровень температур в восходя:;;- ч потоке существенно выше, чем в оол'-оти над пер,-->:-:;мом.

Роль аэродинамической сргсяигации процесса горенил ог'пт-ливо видна при переходе к НРТ. Топлизсвоэдушь'е струи чао: кино поступают в область над псрежаюм (рас. i), где Bixcpw 1"" топлива, что, наряду с полним заполнением КО ьсс;:одяели истоком, приводит к уменьшшл неравномерности температур по ьлряие топки. Уровень температур в КГ спидпстся почти на 100 К г. результате уменьшения тепловыделения в ней (63%. - в верхней части КГ, 16% - в нижней). у

Расчотнке распределения С^па"(Н) , полученное длл ретгээ ппс и крт, количественно (о тофюстыо ке менее 1с',;) и кт&>с7-веннс соответствуют с-кспер:п.<?нт&1ьнкм данным (рис. 3. ■!). z-j соответствие почти полное для маг.сия.мльных значений G"a$ , -к-зависимо ст ромма течения и вида тсплиза.

Проведено исследование влияния рагличикх факторов, з частности характера выгорания топлива и доля р*пкркудпи7л Р прг-дукгсв "Т~рачил в есздуены.'! троо, на результаты г'-сч-^та 'гяо. 5). Получено распределение Оп~'3 го поверхности L~;ri:o£ого о:- гг.

В п л : о ,! главе рассмотрено в-,'ян::е а-рслнн".-мнческсй организации процесса горения на t • члооСгИ -< гопч'я яил-'утольних котлов. ,:-л тонн;: -"ола п-07 пг-глете:л'я;; и -.• •.■> ' впяанта р^чусв. íL-гру.'ка - нс;:"!!.лльная, ои'.сэ в^зов .-л я;... . гоплиза - Z6">, учитывались присгся вяодуха ( ДС1- ) в tczw v:o йорснку. Сведения о расходах газов рециркуляции в горелки ;

£ -

1 с й

¿1

В ¡у

Вт *х

т

5

■i

■м-

-ь

§-

§

I

Вр & ¡л

Вт

1

ьт

ли |

I.

А-4-

В£

-н-

ы

н

В ¡У

ж

Вг

*н

Ы

Ряс,6. Схематизация принятых для расчета аэродинами. ческих картин течения в топке котла П-67

Таблица 1

1 ............ ■■ | Вариант г - 1 1 1 \гн Д| 1 1 1 1 п Доля подачи топлива в яруса 1 .горелок |

'( 1 1 &т 1 ве ! 1 Вш 1 Дт? 1

I 1-3 1 1 20 | 1 1 1 ю I 1 0. 2500 \. | 0.2500 1 1 1 | 0.2500 | 0.2500 |

1 4 1 1 1 1 6,5 1 1 ■ 1 10 • I 0. 2754 1 | 0.2574 1 1 I 0.2415 | 1 1 0.2257 | |

и в вверх топки () а также о характере подачи топлива в яруса горелок представлены в таблице 1. В расчетах учитывались высокий уровень- шлакования экранов в зоне активного горения и реальный характер распределения наружных загрязнений по высоте топки. Первые три варианта отличаются только картинами течения в топке (рис.б), принятыми по данным различных авторов.

Результаты расчетов, полученные для вариантов 1-4, представлены на рис.7. Не смотря на то, что в зона активного горения выгорает основная масса топлива (90£), а прилегаю-цие к ней экраны зашлакованы и имеют высокий коэффициент теплового сопротивления (0,00917 мг-К/Бт), здесь не достигаются максимальные значения температур, так как значительное количество теплоты расходуется на подогрев поступающего в топку низкотемпературного материала (аэросмесь, газы рециркуляции, вторичный воздух!. Во всех случаях наибольшие значения температур наблюдаются в-приосевой области примерно на 7 м выже зоны активного горения. Это объясняется тем, что тепловое сопротивление экранов на этом уровне еще очень велико(0,00323 мг-к/Вг), здесь происходит догорание топлива, но сюда поступает негретая-топочная среда непосредственно из зоны активного горения и в то время отсутствует ввод материальных потоков из виз. Еже выю наблюдается резкое снижение уровня температур в результате ввода газов рециркуляции в верхнюю часть топки, затем происходит плавнее охлгудение продуктов ' сгорания за счет теплообмена с относительло чистыми экранными поверхностями ЕРЧ.

Характер изменения температур в приосевой и пристенной об- • ластях во многом определяется принятой для расчета картиной течения. Видно, что влияние картины течения в чистом виде весьма значительно. Для вариантов 1-я г риг.7) максимальная температура топочной среды z?ma>c изменялась в пределах 70 минимальная в пристенном слое - в пределах более ICO К, суцрстгевно изменялась и разность температур мехду приосевой и пристенной областями, а, следовательно, и неизотс-рмичнссть в пределах горизонтальных сечений топки. Температура на п;хс;:е ил то;- г.?

■д яри зтом практически <;■■ м-нялссь, т\-;с i-:?.1-: иг;:: не картины течения происходит в ни.-сн^и части. Таким образом, ',ir..t-дует пгини"ать во иниманне зг:? Т'-'-рчггивмыо *чяго>* об азредкуп»'!!-ческой картиле течения з топке, потому что количественное и rv честзенное влияние этого (¡¡акгерз jt-cLMa су!,',--е-:;.ош;о.

При годготовке исходных дт.нч:.'/ для :-зрканта 4 уччтюалкей р.'зультптк работ, ггс^Д^ннк: '"г Г л-ВТ И по туры факела в топке. Сто; вагизл'? ;;г;-?т о сог-'-'сг-

ном влиянии факторов, определят« аэродинамическую оргаии-опйР процесса горения ( к'-.рт,-.ла гон?-!«.-, характер выгорания топлиьа..

л? а

Нм <?О

70

£О

50

Ьа зо го ю

700

900

Вариант I

1300 №

ИОО

V N

\

ч ч

X -т* г/

-- 7/

Вйр чсш 7> 3

600

гоа

ьо 70

со

50 40

30

го 10 о

70 ео £0 Ьо 30 10 Ю о.

70СЗ

9оо '11оо аоо$°с

Рис .7. Расчетные распределения тетератур по высоте топки котла П-67 (Горизонтальный пунктир - уровни расположения горело:: и сопл рециркуляции)

I - прлосевая область; • -

2- пристенный слой;

3 - паоуиые загрязнения фронтового экрана

расход газов рециркуляции в горелки) на температурное поле топки (рис.7). Результаты расчета ( -¿)г , ~0таж , температуры в пристенном слое) хорошо соответствуют опытным данным СибВТИ-ВТИ и Сибтехзнерго. Анализ расчетных характеристик работы топки котла П-67, представленных в диссертационной работе, подтверждает обоснованность предложений Сибтехзнерго об увеличении подачи газов рециркуляции в горелки до 20% и о необходимости повышения эффективности очистки экранов.

Представлены результаты исследования теплообмена в топке с частичным пересечением струй котла Мп-670-17,64-545/545КЖ. Показано, что благодаря специфической аэродинамической организации ' процесса горения обеспечен надежный выход жидкого шлака. Получены данные об изменении коэффициентов тепловой эффективности экранов () и неравномерности распределения тепловос-приятйя по высоте топки (^ ), представленные на рис. 8. От-

вцсоте толкл

- по рекомсидашж.! нор"атпвн ;го метода

- расчет для фронтового экрана

3 - граница опиловки по рекомендациям нормативного

метода

4 - гранэда оеипоекд в топке котла

Мп-670-17,64-545/545КЗ

5 - осп горелок по рекомендациям нормативного метода

6 - оси горелок в топке котла Мп-670-17,64-545/545КН

клонекия от рекомендаций нормативного метода для У' достигают 25-ЗЗХ, для ^ - 23-26%. Показано, что это обусловлено' не только принятым характером распределения загрязнений по высоте топки, но характерной для топок с пересекающимися струями аэродинамической организацией процесса горения, обеспечивающей максимальный уровень температур у пода топки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На базе зональных методов с привлечением расчетных или опытных данных по динамике потоков в топочном объеме разработана модель расчета интегральных и локальных характеристик теплообмена в топках, реализующих факельное сжигание топлива, позволяющая оценить влияние аэродинамического фактора на теплообмен.

2. Создан пакет прикладных программ, ориентированный на . использование в системе САПР топки, позволяющий на стадии проектирования получить сравнительную оценку принятых решений по аэродинамической организации процесса горения.

3. качественный анализ влияния факторов, связанных с аэродинамической организацией процесса горения, на процесс теплообмена. Разработаны рекомендации по схематизации аэродинамической картины течения и делению топки на зоны с учетом этих факторов.

4. На ряде примеров показана адекватность результатов, полученных при помоши разработанной методики расчета, и опытных данных по прямым замерам плотностей падающего радиационного потока и температур топочной среды при сжигании газа, мазута и твердого топлива е топках паровых котлов.

5. Численными исследованиями установлено:

- при фиксированном характере выгорания -топлива и сравнительно низких значениях теплонапряжений объема топки количественные изменения' аэродинамической картины течения слабо влияют на температуру газов в конце топки;

- существенное влияние изменений аэродинамической картины течения на локальные и среднезональные характеристики теплообмена наблюдается в области максимального тепловыделения и прилегающих к ней зонах. Так для топки котла П-Б7 при рэзлич-

ных схем:« картины течения расхождения по среднезональным температура в зонах холодной воронки и пристенной области достигало 100 К;

- еще более существенным явллется совместное влияние на результаты.расчета аэродинамической картины течения, характера выгорания топлиьа и расхода газов рециркуляции. При расчете среднеэональннх температур з топке котла П-67 вызванное совместным изменением этих факторов расхождение может составлять более 160 К;

- в топках специальных конструкций (типа топок с пересекающимися струями) отличия в коэффициентах неравномерности распределения тепловосприятия по высоте топки, возникающие из-за неупета специфики аэродинамической организации процесса горения, могут достигать 23-25 X, что существенно скажется при оценке условий работы или проектировании ширмовых и радиационных пароперегревателей.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ДАННОЙ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

1. Из юмов 1Л. Л., Супранов ЕМ. Программа расчета обобпи-'лных' угловых коэффициентов//Всесоюаная конференция "Теплообмен в парогенераторах": Материалы конференции - Новосибирск, 1988-С. 277281.

2. Супранов В. М. Программа расчета коэффициентов радиационного обмена//3-я Всесоюзная конференция молодых исследователей "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики": Тезисы докладов - Новосибирск, 1989 - С. 195-166.

3. Из юмов М. А., Супранов В. М. Расчетное исследование теплообмена з тог.ках с пересекающимися струя».«// 2-я Всесоюзная конференция "Теплообмен в парогенераторах": Тезисы докладов -Новосибирск, 1990-С. 130.

4. Изюмов А. , Супранов В. М. Пакет программ зонального расчета теплообмена з камерных топках паровых котлов//Сибирекий физико-технический журнал-1991-Вып. 5-С. 111-113.

г>С< П.Ч.1Т1