Лабораторные исследования топки МЭИ с пересекающимися струями

Схема модели топки с пересекающимися струями для холод­ных продувок показана на рис. 1. Путем изменения высоты горелок проведены опыты при двух значениях параметра М= 1,38 и 3,8.

Благодаря подогреву воздуха в предтопке удалось исследо­вать интенсивность перемешивания горелочных струй и потока, выходящего в камеру охлаждения между этими струями. Для изучения закономерности движения двухфазного потока при­менен метод фотографирования тлеющих частиц (в опытах использовались опилки с размером частиц 1-2 мм и пыль коры с размером частиц < 88 мкм). Фотографирование тлеющих частиц в темноте при затянутой выдержке позволило зафиксиро­вать линии токов (треки частиц) и показало, что конфигурация факела в значительной степени определяется отношением ки­нетических энергий пересекающихся потоков: при М = 1,38 за­метная доля потока из горелок поступала в камеру охлажде­ния, не заходя в предтопок. При увеличении М до 3,8 практи­чески все частицы из горелок поступали в предтопок и двига­лись по петлеобразной траектории.

Рис. 2. Перемешивание по оси струи в опытах на холодной модели:

1 — одиночная струя в открытом пространстве; 2 —М- 3,8, малый пережим; 3 — М = 3,8, большой пережим; 4 -М = 1,38, большой пережим (см. рис. 1)

I                                                               „                                                     .

Изменение скорости на выходе из горелок от 25 до 50 м/с при постоянном значении М не меняло траектории факела. Опыты показали также слабую зависимость выноса от угла наклона и степени пережима заднего экрана, отделяющего предтопок от камеры охлаждения.

В опытах с подогревом воздуха в предтопке оценивалось изменение концентрации (температуры) по длине струй, выхо­дящих из горелок. Результаты этих измерений показаны на рис. 2, где приведена интенсивность перемешивания ДГ по оси струи. Из графика следует, что невозмущенный участок струи, вытекающей в открытое пространство, равен 10 калибрам, а в топке с пересекающимися струями этот участок равен 1-2 калибрам. С увеличением параметра М и пережима несколько уменьшается доля "горячего" воздуха в струе.

Следующий этап исследований состоял в проведении опытов на огневой модели, схема которой приведена на рис. 3. Топоч­ная камера выполнена из шамотного кирпича и охлаждающих экранов, покрытых огнеупорной обмазкой [4], камера охлажде­ния - из охлаждаемых водой металлических панелей. Для измерения параметров среды и отбора проб газа по ходу

Рис. 3. Схема огневой модели топки МЭИ с пересекающимися струями:

1 — камера горения; 2 — камера охлаждения; 3 — воздухоподогреватель; 4 — вентилятор первичного воздуха; 5 — питатель пыли; 6 — бункер пыли; 7 — напор­ный бак; 8 — охлаждающий экран; 9 — измерительная диафрагма; 10 — шлакоприемный канал

установлены специальные лючки. Воздух, подаваемый к горел­кам, нагревался в трубчатом воздухоподогревателе.

При проведении опытов сжигалась широкая гамма углей: от донецкого АШ с выходом летучих на сухую массу V^с = 5,9% до бурого угля Подмосковного бассейна V ^е = 51,1%. Изменение па­раметра М в различных опытах достигалось установкой специ­альных вставок в выходные сечения горелок.

При рассмотрении динамики выгорания топлива по ходу фа­кела особое внимание обращалось на зону пересечения горелочных струй и потока топочных газов, выходящих из предтопка.

Рис 4 Зависимость выноса пыли (Дд₄) от параметра М при сжигании донецкого тощего угля [2]

Как и следовало ожидать, в этом месте обнаружен определен­ный вынос пылевоздушной смеси, а также частичная рецирку­ляция топочных газов. Для количественной оценки выноса сравнивалось содержание горючих, отобранных в точках В и Г (см. рис. 3). Более подробными измерениями показано, что вынос пылевоздушной смеси происходит только в теневой области вытекающих струй, поэтому разница в содержании горючих (или величины ) в точках Г и В характеризует ин­тенсивность выноса несгоревшей пыли из корня факела.

На рис. 4 приведена зависимость выноса пыли (приращения потерь с механической неполнотой горения Д<?₄) от параметра М при сжигании донецкого тощего угля. В этих опытах темпера­тура пылевоздушной смеси составляла 131-157 °С, а температу­ра газов на выходе из камеры горения 1340-1490 °С.

Таким образом, опыты на огневой модели топки с пересекаю­щимися струями, как и холодные продувки, подтвердили тео­ретические предпосылки о наличии устойчивого зажигания пылевоздушной смеси, а также о выносе части несгоревшей пыли и воздуха из корня факела в камеру охлаждения. Показа­но, что при наличии кислорода и достаточно высоких темпера­тур вынесенная пыль быстро догорает. И, тем не менее, при проектировании реального котла необходимо стремиться к увеличению конструктивного параметра М, повышение которо­го снижает вынос и соответственно механический недожог •