Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса о разомкнутых системах пылеприго-товления с пневмотранспортом угольной пыли и схемах подготовки и подачи топлива, наполнителя слоя и сорбентов для новых технологий сжигания угля .
Цель и задачи исследований 37
1. Разомкнутые системы пылеприготовления, подсушки, фракцио
нирования и пневмотранспорта топлива, наполнителя слоя и сорбентов 11
1.1 Разомкнутые системы пылеприготовления ТЭС с дальним пневмотранспортом угольной пыли в бункера котлов
1.2 Системы подготовки, подсушки, фракционирования и подачи топлива, наполнителя слоя и сорбентов в топки котлов с кипящим слоем в газогенераторные установки 49
2. Конструктивные особенности паровых сушилок и расчет расхода тепла на испарение влаги из угля 77
3. Пневмотранспортные системы, оснащенные пневмовинтовыми насосами 89
3.1 Развитие и анализ конструкций пневмовинтовых насосов 89
3.2 Расчет производительности, мощности электропривода пнев мовинтового насоса :... 96
4. Влияние давления среды на показатели работы пневмотранс портных систем, расчет скоростей воздуха. геометрических размеров и сопротивления в трубопроводах дальнего транспорта 100
4.1 Влияние давления среды в трубопроводе на показатели работы пневмовинтовых насосов 100
4.2 Расчет скорости воздуха для транспортирования сыпучих материалов 103
4.3 Гидродинамика концентрированных потоков и факторы, оказывающие влияние на коэффициент сопротивления движению аэро 106
смеси в трубопроводе
5. Движение сыпучих материалов в бункерах. 112
Цель и задачи исследований... т1
Глава II. Методика измерений и испытаний централизованных и пневмотранспортных систем, обработка и оценка результатов исследований 120
1. Схемы централизованного пылеприготовления и пневмотранспорта угольной пыли, методика измерений...; 120
2. Методика проведения испытаний, обработка и оценка результатов исследований 137
Глава III. Промышленные исследования централизованных систем пылеприготовления энергоблоков 500 и 800 МВт и пути повышение их технико-экономических показателей
1. Основные предпосылки строительства централизованных систем пылеприготовления 2. Промышленные исследования, повышение надежности работы оборудования и технико-экономических показателей централизо ванных систем пылеприготовления 160
2.1 Исследование подсушки угля в паровых трубчатых сушилках фирмы "Zemag" 163
2.2 Разработка и исследование паровых панельных сушилок...
2.3 Исследование мельничных систем 185
3. Пневмотранспортные установки подачи угольной пыли пневмо винтовыми и пневмокамерными насосами 190
3.1 Пневмовинтовые насосы
3.2 Пневмокамерный насос 193
4. Повышение технико-экономических показателей централизованных систем пылеприготовления 200
Глава IV. Исследование процессов транспортирования и режимных факторов, оказывающих влияние на стационарность движения и сопротивление трубопроводов большой протяженности ...: 216
1. Исследование влияния скорости воздуха, концентрации и крупности транспортирующего материала на коэффициент сопротивления движению аэросмеси..
2. Исследование нестационарных режимов движения аэросмеси в трубопроводах и их влияние на показатели работы пневмовинто вых насосов 230
3. Исследование процессов деления концентрированных потоков аэросмеси в трубопроводах, применительно к подаче в топки 243
котлов с кипящим слоем
4. Расчет геометрических размеров, сопротивления трубопроводов и параметров несущей среды при транспортировании угольной пыли, дробленого угля и сорбентов.. 249
Глава V. Исследование процессов движения угольной пыли в бункерах и режимных факторов, оказывающих влияние на производительность пневмовинтовых насосов
1. Исследование влияния уровня угольной пыли в бункере на процесс распределения статического давления в слое
2. Влияние высоты слоя пыли в бункере на устойчивость движения и на производительность пневмовинтового насоса. 262
2.1 Особенности поступления угольной пыли из бункеров в быстроходный шнек пневмовинтового насоса
2.2 Исследование влияния уровня и давления столба пыли в бункере на производительность пневмовинтового насоса. „„
277 3. Переходный уровень и трансформация движения пыли в бунке ре
Глава VI. Исследование процессов движения и выдачи сыпучих материалов из пневмовинтового насоса в трубопровод, находящий ся под давлением среды ... 282
1. Изучение процессов движения пыли в быстроходном шнеке пневмовинтового насоса...-. - 282
1.1 Особенности конструкции пневмовинтового насоса ВТИ. 282
1.2 Изучение процессов движения пыли в быстроходном шнеке и влияние его конструктивных параметров на производительность пневмовинтового насоса 291
1.3 Влияние частоты вращения шнека на показатели работы пневмовинтового насоса...
1.4 Изменение мощности пневмовинтовых насосов ВТИ и КЗЦМ, в зависимости от их производительности, тонкости помола и давления среды в трубопроводе 294
1.5 Особенности выдачи пыли из шнека в горизонтальную и вертикальную камеры смешения насосов ВТИ и КЗЦМ 300
306
Глава VII. Графоаналитическое исследование, разработка механизма движения и выдачи пыли, наполнителя слоя и сорбентов из быстроходного шнека пневмовинтового насоса в трубопровод 322
1. Графоаналитическое исследование и разработка механизма движения топлива и сорбентов в межвитковом пространстве пневмовинтового насоса ; 306
2. Графоаналитическое исследование затрат мощности пневмовинтовых насосов с учетом параметров шнека, давления среды и физических свойств, транспортируемых материалов 3. Расчет геометрических параметров шнеков, производительности и затрат мощности пневмовинтовых насосов при подаче топлива, наполнителя слоя и сорбентов в топки котлов с кипящим слоем 326
334
Глава. Разработка и расчет систем подсушки и транспортирования топлива, инертных материалов и сорбентов для экологически чистых технологий сжигания угля 334
1 .Требования к подготовке и подаче топлива, наполнителя слоя и сорбентов для новых технологий сжигания угля... 340
2. Разработка и первые итоги освоения систем подготовки и подачи топлива и наполнителя слоя в топку котла БКЗ 420-140 КС
3. Схема подготовки, подсушки топлива и сорбента для котлов с циркулирующим кипящим слоем Е-220-9,8-540 АФН ИКС Несве-тайГРЭС
3 3.1 Схема подготовки, подсушки и фракционирования топлива -,..
3.2 Схемы приемки и подачи сорбента в бункер котла 370
3.3 Схема дозирования и транспортирования топлива, сорбента наполнителя слоя в топку котла...
3 4. Разработка схем подготовки и подачи топлива для газогенератора горнового типа ОПГу-250 374
5. Разработка систем по подсушке и облагораживанию углей Кан-ско-Ачинского бассейна и сжигания продуктов его переработки на ТЭС .
5.1 Разработка централизованной системы пьшеприготовления углей Канско-Ачинского бассейна для котла с суперкритическими параметрами пара энергоблока 550 МВт 383
5.2 Разработка систем по подсушке и облагораживанию углей Канско-Ачинского бассейна и сжигания продуктов его переработки на
ТЭС в европейской части России Выводы.. 409
Список литературы
- Разомкнутые системы пылеприготовления ТЭС с дальним пневмотранспортом угольной пыли в бункера котлов
- Расчет производительности, мощности электропривода пнев мовинтового насоса
- Методика проведения испытаний, обработка и оценка результатов исследований
- Повышение технико-экономических показателей централизованных систем пылеприготовления
Введение к работе
] <4 07
Актуальность темы. В Российской Федерации сосредоточено 23 % мировых запасов угля, из которых 83 % находятся в регионах Сибири и Дальнего востока и только 8,2 % в европейской части России. В соответствии с концепцией развития энергетики прогнозируется к 2015 г. увеличение выработки электроэнергии с 860 до 1300 млрд. квт.ч, при этом доля сжигаемого угля должна возрасти от 68 до 135 млн. т у.т. Реализация этих решений требует технического перевооружения действующих угольных электростанций, оборудование которых к 2010 г. исчерпает на 50-60 % свой парковый ресурс, и строительства новых электростанций, которые будут использовать экологически чистые технологии сжигания топлива.
Надежность и экономичность котельных установок во многом определяются схемными решениями и работой сушильно-размольного оборудования систем пылеприготовления (пылесистем), в том числе разомкнутых, в которых отработанный сушильный агент с парами влаги выбрасывается в атмосферу.
Накопленный положительный опыт эксплуатации в США, Германии и России разомкнутых пылесистем на электростанциях, сжигающих влажные низкосортные угли подтверждает это. Впоследствии в зарубежных странах данная проблема была решена путем обогащения топлива и поставки на ТЭС угля с хорошими теплотехническими свойствами.
Для отечественных электростанций, оснащенных разомкнутыми пылесистема-ми (Каширская, Шахтинская, Штеровская ГРЭС и др.), разработку технологий, изготовление оборудования, а также пневмотранспортных установок осуществляли зарубежные фирмы, которые гарантировали соблюдение основных технико-экономических показателей.
Отечественная технология пылеприготовления в разомкнутых системах была разработана и реализована в 1968 г. на головных энергоблоках 500 МВт Назаровской ГРЭС, сжигающей влажный бурый уголь Канско-Ачинского бассейна и 800 МВт Славянской ГРЭС, работающей на АШ ухудшенного качества. Пылесистемы были оснащены паровыми трубчатыми сушилками фирмы "Ze-mag" (Германия), а угольная пыль подавалась пневмовинтовыми насосами, предназначенными для работы на цементе. Впервые готовая угольная пыль в бункеры котельных цехов транспортировалась сжатым воздухом по трубопроводам большой протяженности (до 650 м).
Отсутствие опыта работы с мощными паровыми сушилками фирмы "Zemag" с поверхностью нагрева 4070 м2 на влажных углях Канско-Ачинского бассейна и АШ ухудшенного качества, а также методик расчета пневмотранспортных установок и разомкнутых пылесистем не позволили обеспечить надежную и экономичную работу оборудования. Пыль транспортировалась при недопустимых пульсациях давления среды в трубопроводах, производительность пневмотранспортных систем не превышала 50 % проектных показателей. В конечном итоге это ограничило мощность и сроки освоения энергоблоков.
Для решения этой важной проблемы потребовались проведение комплексных исследований разомкнутых систем пылеприготовления—и—ннев-
I 1'УС. НАЦИОНАЛЬНАЯ
іетероург >-./
БИБЛИОТЕКА С.Петербург ОЭ
мотранспортных установок энергоблоков 500 и 800 МВт, разработка методов их расчета и технологического оборудования.
В процессе испытаний определились основные направления исследований, пути усовершенствования оборудования, интенсификации процессов подсушки топлива, движения угольной пыли в бункерах, в пневмовинтовых насосах и транспортных трубопроводах. Были разработаны методики расчета. Реализация результатов исследований и методик расчета позволили повысить производительность пылесистем почти в 2 раза.
Выполненные исследования технологий подготовки топлива в разомкнутых системах пылеприготовления энергоблоков 500 и 800 МВт, анализ и использование этих результатов определили новые подходы к решению проблем технического перевооружения энергетики: использование углей повышенной зольности, с высоким содержанием влаги и серы; выбор рациональной технологии подготовки углей Канско-Ачинского бассейна для энергоблоков с супер-сверхкритическими параметрами пара (р = 30 МПа; t = 600/600 С); разработка и внедрение новых технологий подготовки и сжигания топлива в котлах со стационарным, циркулирующим кипящим слоем и в газогенераторах.
Следует также отметить, что большинство электростанций получают уголь ухудшенного по сравнению с проектными показателями качества. Расход топлива увеличивается, при этом размольная производительность мельниц должна возрасти в 1,3-1,5 раза, а сушильная - в 1,5-2 раза. Такого запаса производительности пылесястемы не имеют, поэтому приходится сжигать мазут. Возникает и проблема перевода ТЭС, сжигающих мазут и газ, на твердое топливо. Размещение дополнительного размольно-сушильного оборудования вблизи котлов на большинстве электростанций практически невозможно. Поэтому эти проблемы можно решить только путем установки этого оборудования в отдельно стоящем здании вблизи котельного цеха.
Одним из комплексных решений проблемы технического перевооружения энергетики является разработка и внедрение новых экологически чистых технологий подготовки и сжигания топлива в котлах со стационарным и циркулирующим кипящим слоем, а также в газогенераторных установках различных модификаций. В этом случае необходимо: разработать технические требования к подготовке углей разных марок, наполнителя слоя и сорбентов; создать новые системы и нестандартное отечественное оборудование для подсушки и дозирования, а также решить проблемы транспортирования этих компонентов сжатым воздухом по разветвленной сети трубопроводов и подачи их в определенном соотношении в зону горения.
Таким образом, выявилось, что изучение и исследование технологий пылеприготовления в разомкнутых системах и разработка новых схемных решений и нестандартного оборудования для подготовки и подачи топлива и сорбентов в установки экологически чистого сжигания угля органически связаны.
Исследование проводилось в соответствии с целевой комплексной научно-технической программой ОЦ. 002, утвержденной ГКНТ СССР, Госпланом СССР и Академией наук СССР от 12.12.80 г "№474/250/132. Отраслевой научно-технической программой - 0,03 "Создание и совершенствование котельных
установок ТЭС, подготовки и сжигания топлива, разработка воднохимических режимов ТЭС", задание №01.04.01, федеральной научно-технической программой "Экологически чистая энергетика", а также с учетом координационного плана по пуску, освоению и исследованию первого отечественного котла с кипящим слоем БКЗ 420-140 КС ст. №6 Барнаульской ТЭЦ-3. Цель работы.
Комплексное исследование технологий пылеприготовления в разомкнутых системах головных энергоблоков 500 и 800 МВт, создание и совершенствование эффективного технологического оборудования, разработка научно обоснованных методик расчета и проектирования разомкнутых пылесистем для энергоблоков с суперсверхкритическими параметрами пара и ТЭС при замещении сжигания газа и мазута твердым топливом, а также разработка новых технологий подготовки и транспортирования дробленого угля, наполнителя слоя и сорбентов для экологически чистого сжигания в котлах со стационарным или циркулирующим кипящим слоем и в газогенераторных установках, их внедрение при техническом перевооружении энергетики.
Научная новизна работы, выполненной автором:
- разработаны и реализованы новые способы подсушки топлива с вводом
отработавшего, горячего мельничного агента в загрузочную камеру сушилки,
получены расчетные зависимости и решения по интенсификации теплообмена в
новых паровых панельных сушилках, уточнена методика расчета геометриче
ских размеров и пропускной способности сушилки, параметров греющего пара,
расхода тепла на испарение влаги из сорбентов и угля с различными физико-
механическими свойствами;
исследованы процессы движения угольной пыли по трактам пнев-мотранспортных систем и выявлена синхронная взаимосвязь режимов ее движения в бункерах, пневмовинтовых насосах и трубопроводах большой протяженности, разработаны мероприятия и способы, обеспечивающие стабильность работы и повышающие технико-экономические показатели мощных пнев-мотранспортных систем в целом;
изучены процессы движения двухфазных концентрированных потоков угольной пыли по трубопроводам большой протяженности и выявлен механизм нестационарности режимов транспортирования и появления пульсаций давления среды в трубопроводах, приводящих к резкому снижению экономичности и надежности работы. Разработана система определяющих критериев подобия и выполнено экспериментальное обоснование численных значений критерия Фруда, граничных условий, концентрации и крупности пыли, дробленого угля, сорбентов, обеспечивающих стационарность движения аэросмеси в трубопроводах при изотермическом расширении воздуха;
- разработана методика расчета мощных пневмотранспортных систем,
учитывающая полученные выражения для определения: диаметра трубопрово
да, коэффициента сопротивления движению аэросмеси, численных значений
критерия Фруда, физико-механических свойств транспортируемых материалов
и предельно-допустимого давления среды на начальном участке трубопровода.
- создана модель механизма движения топлива и сорбентов в межвитко-
вом пространстве быстроходного шнека пневмовинтового насоса, возникнове
ния герметичной "пылевой пробки" и выдачи материала в зону, находящуюся
под избыточным давлением среды, учитывающая частоту вращения материала
и давление среды в трубопроводе; получены аналитические выражения для
расчета мощности пневмовинтовых насосов;
- разработана методика расчета геометрических и технологических параметров и затрат мощности электропривода пневмовинтовых насосов с учетом физико-механических свойств угольной пыли, дробленого угля, инертных наполнителей слоя и сорбентов; проведено графоаналитическое исследование и определено, что 75 % затрат мощности приходится на вращение "пылевой пробки" в зоне выходного витка, который от общей длины шнека занимает всего 20 %;
- разработаны и реализованы новые методы исследования процессов распределения статических и динамических усилий в слое угольной пыли, ее движения в бункерах и определены границы переходных уровней, оказывающих влияние на стационарность истечения пыли и область существования гидравлического и канального режимов движения, выявлено влияние этих факторов на производительность пневмовинтовых насосов и режимы транспортирования;
- впервые выполнен комплекс промышленных исследований разомкнутых
систем пылеприготовления и пневмотранспортных установок головных энерго
блоков 500 и 800 МВт, оснащенных мощным оборудованием, получены новые
экспериментальные данные, выявлены высокие технико-экономические показа
тели, разработаны методика расчета и рекомендации по проектированию по
добных систем для новых энергоблоков и технического перевооружения дейст
вующих электростанций;
- сформулированы технические требования к подготовке углей разных марок, наполнителя слоя и сорбентов и получены основные расчетные технико-экономические показатели разомкнутых систем подготовки и подачи топлива и сорбентов в котлы со стационарным и циркулирующим кипящим слоем. Практическая ценность результатов исследований:
производительность разомкнутых пылесистем головных энергоблоков 500 и 800 МВт Назаровской и Славянской ГРЭС увеличена почти в 2 раза; доля тепла от сжигания пыли АШ на энергоблоке 800 МВт возросла с 30 до 90 %;
на энергоблоке 800 МВт с 1991г. внедрены три модернизированные паровые панельные сушилки, с вводом отработавшего горячего мельничного агента в загрузочную зону сушилок, повышена более чем в 2 раза их пропускная способность, увеличен почти в 3 раза удельный съем влаги с единицы греющей поверхности сушилок, а также обеспечены надежность и простота их в эксплуатации;
- разработана новая отечественная паровая панельная сушилка
ППС-5х8, предназначенная для подсушки углей всех марок, сорбентов и
других сыпучих материалов;
внедрены и эксплуатируются в течение 35 лет в пылесистемах энергоблоков 500 и 800 МВт модернизированные пневмовинтовые насосы, отличающиеся новыми камерами смешения с улучшенной аэродинамикой, новыми шнеками с оптимальными геометрическими параметрами, которые учитывают физико-механические свойства угольной пыли и давление среды в трубопроводах, что позволило повысить производительность пневмовинтовых насосов почти в 2 раза;
разработаны пневмовинтовые насосы НПВу-10 для дозирования топлива, наполнителя слоя и сорбентов; восемь насосов этого типа изготовлены Красногорским заводом (ОАО "Бицема" г. Красногорск) и внедрены на первом отечественном котле со стационарным кипящим слоем БКЗ 420-140 КС Барнаульской ТЭЦ-3, подобные насосы предусмотрены для котла Е-200-9,8-540 АФН ЦКС Несветай ГРЭС;
разработанная методика расчета геометрических размеров и сопротивления трубопроводов, а также параметров несущей среды используется ОАО "ВТИ", ВНИПИЭнергопромом, "Алтайэнергопроектом", Ростовским отделением ТЭП'а при проектировании пневмотранспортных систем подачи топлива, наполнителя слоя в топку котла БКЗ 420-140 КС и Е-200-9,8-540 АФН ЦКС;
впервые в энергетике внедрены и испытаны системы и нестандартное оборудование для подсушки и пневмотранспорта наполнителя слоя (шлак крупностью 0-5 мм) и дробленого угля (8 = 0-25 мм) с подачей их в секции котла БКЗ 420-140 КС. В процессе работы котла с подачей угля в две секции получены параметры пара, близкие к проектным показателям;
разработаны разомкнутые системы подсушки с паровыми панельными сушилками и подачей по пневмотранспортным системам топлива, наполнителя слоя и сорбентов в котлы с циркулирующим кипящим слоем Е-220-9,8-540 АФН ЦКС Несветай ГРЭС, а также в газогенератор горнового типа ОПГу-250, предназначенный для новых газогенераторных установок на угле;
выполнены расчетные проработки для разомкнутой централизованной системы пылеприготовления влажных бурых углей Канско-Ачинского бассейна для котла энергоблока 550 МВт на суперсверхкритические параметры пара, которая включает: паровые панельные сушилки, отечественные среднеходные валковые мельницы и подачу сжатым воздухом готовой угольной пыли от пы-лесистем непосредственно в горелки котлов.
Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечиваются:
подтверждением эффективности научно-технических решений, предложенных автором и длительной работой, в течение почти 35 лет модернизированного технологического оборудования и разомкнутых централизованных систем пылеприготовления головных энергоблоков 500 и 800 МВт;
соответствием расчетных данных результатам исследований процессов движения концентрированных двухфазных потоков угольной пыли, дробленого угля и сорбентов, полученных на крупномасштабных стендовых установках и в промышленных условиях;
- использованием результатов работы заводами - изготовителями, про
ектными организациями и электростанциями.
Автор защищает
результаты комплексных исследований, модернизации оборудования и освоения мощных разомкнутых пылесистем энергоблоков 500 и 800 МВт;
результаты промышленных и стендовых исследований пневмовинтовых насосов, дифференцированного подхода к расчету затрат мощности и пропускной способности пневмовинтовых насосов, анализу влияния геометрических параметров быстроходного шнека, физико-механических свойств транспортирующего материала, давления несущей среды в трубопроводе на эти показатели;
модель механизма движения угольной пыли, наполнителя слоя и сорбентов в межвитковом пространстве быстроходного шнека пневмовинтового насоса, создания на выходе из шнека герметичной "пылевой пробки" и выдачи этих компонентов в трубопровод, находящийся под давлением среды; полученные аналитические выражения для расчета потребляемой мощности насосов при движении материалов на разных участках шнека;
методику расчета геометрических параметров и пропускной способности быстроходного шнека, затрат мощности пневмовинтового насоса при подаче угольной пыли, дробленого угля, инертного наполнителя слоя и сорбентов; новые конструктивные решения, использованные в разработке отечественных пневмовинтовых насосов НПВу-10, оснащенных камерами смешения с улучшенной аэродинамикой;
результаты исследований процессов движения двухфазных концентрированных потоков угольной пыли по трубопроводам большой протяженности (до 600 м); предложенную систему определяющих критериев подобия и экспериментальное обоснование численных границ критерия Фруда, граничных условий, которые обеспечивают стационарность движения концентрированных потоков аэросмеси;
уточненную методику расчета геометрических параметров трубопроводов, потерь напора при движении аэросмеси в пневмотранспортных системах большой протяженности, рекомендація по трассировке трубопроводов и выбору основного оборудования, включая воздуходувные машины;
положение о комплексном подходе при расчете пневмотранспортных систем во взаимосвязи частных решений и режимных особенностей по элементам (бункер, пневмовинтовой насос, транспортный трубопровод) и физико-механических свойств материалов;
результаты и методы исследований процессов движения угольной пыли и других сыпучих материалов в бункерах пневмотранспортных систем, определение переходных режимов движения и влияние этих факторов на стационарность работы пневмотранспортных систем в целом.
- новые схемные решения по подготовке топлива, наполнителя слоя и
сорбентов для котлов со стационарным и циркулирующим кипящим слоем и
газогенератора горнового типа;
- новые конструкции и методики расчета паровых панельных сушилок и
пневмовинтовых насосов;
результаты испытаний системы и нестандартного оборудования для подсушки шлака в установке с кипящим слоем и подаче готового наполнителя слоя по пневмотранспортным системам в секции котла БКЗ 420-140 КС;
новые технологии, схемные решения и их расчетные технико-экономические показатели по разомкнутым пылесистемам и пневмотранспортным установкам для разрабатываемого котла энергоблока 550 МВт с супер-сверхкритическими параметрами пара, предназначенного для сжигания бурых углей Канско-Ачинского бассейна.
Личный вклад н участие автора в решении проблем, изложенных в диссертации, заключается:
В проведении комплексных исследований мощных разомкнутых систем пылеприготовления и пневмотранспортных установок с трубопроводами протяженностью до 650 м, разработке новых способов подсушки и интенсификации теплообмена, их реализации на трех модернизированных паровых панельных сушилках энергоблока 800 МВт; создании отечественной паровой панельной сушилки и методики ее расчета (совместно с кандидатом техн. наук П.Я. Кузнецовым);
результатах исследований движения двухфазных концентрированных потоков угольной пыли, разработке: системы определяющих критериев подобия и граничных условий, обеспечивающих стационарность движения аэросмеси; методики расчета геометрических размеров и аэродинамического сопротивления трубопроводов большой протяженности с учетом физико-механических свойств транспортирующих материалов, изотермического расширения агента и предельных давлений среды в трубопроводе;
разработке модели механизма движения угольной пыли и сорбентов в пневмовинтовом насосе и выдачи этих компонентов в трубопровод, находящийся под давлением среды до 150 кПа; методики расчета пневмовинтовых насосов с учетов физико-механических свойств угольной пыли, дробленого угля, инертных материалов и сорбентов, создании и внедрении нового пневмовинто-вого насоса НПВу-10;
реализации новых методов исследований процессов движения угольной пыли в бункерах и определении границ трансформации гидравлического и канального режимов истечения, которые влияют на надежность дозирования и подачи пыли и наполнителя слоя в пневмотранспортных установках большой протяженности;
результатах разработки и расчета новых схемных и конструктивных решений систем и нестандартного оборудования для подготовки, подсушки и транспортирования сжатым воздухом не только угольной пыли, но и дробленого угля, наполнителя слоя (частиц шлака 5 < 0-5 мм) и сорбентов для котлов со стационарным и циркулирующим кипящим слоем БКЗ 420-140 КС, Е-220-9,8-540 АФН ЦКС и газогенератора горнового типа ОПГу-250 и их реализации при освоении котла БКЗ 420-140 КС, а также разомкнутой системы пылеприготовления для разрабатываемого котла на суперсверхкритические параметры пара
энергоблока 550 МВт, предназначенного для сжигания влажных бурых углей Канско-Ачинского бассейна.
Апробация основных положений работы.
Материалы диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях Ивановского энергетического института в 1973-1974 гг., Советско-Финском симпозиуме по проблемам сжигания низкосортных твердых топлив в 1983 г., на Всероссийском семинаре по горению энергетических углей (г. Москва, 1998 г.), семинаре "Новые технологии сжигания угля на ТЭС" (Алтайский ГТУ, 1998 г.), Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы использования Канско-Ачйнских углей на электростанциях" (г. Красноярск, 2000 г.), Всероссийском научно-техническом семинаре "Новые технологии сжигания твердого топлива: их текущее состояние и использование в будущем" (г. Москва, 2001 г.) и в ОАО НПО "ЦКТИ", ОАО "Сибэнергомаш", ОАО "Белэкергомаш", ОАО "ВНИПИЭнергопром", ОАО 'Тяжмаш", Академии Промышленной Экологии.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы и приложений. Текст диссертации изложен на 432 страницах, содержит 170 рисунков. Общий объем диссертации 499 страниц. Список литературы содержит 211 наименований.
Публикации. В диссертации представлены результаты исследований, опубликованные в течение 27 лет в центральных научных журналах, сборниках, трудах научных конференций и симпозиумах. Всего по теме диссертации опубликовано 43 научных труда, в том числе 11 авторских свидетельств на изобретение и патентов.
Разомкнутые системы пылеприготовления ТЭС с дальним пневмотранспортом угольной пыли в бункера котлов
Такой подход к проектированию пневмовинтовых насосов и пнев-мотранспортных систем в целом отрицательно сказался на их работе. Производительность пневмотранспортных систем на первой стадии освоения головных энергоблоков не превышала 30-50 % проектной. Несоответствие транспортирующих скоростей воздуха и диаметров трубопроводов, равных 0,25-0,3 м, приводило к интенсивным отложениям угольной пыли в нижней части трубопроводов. В результате в трубопроводах отмечались повышенные сопротивления, недопустимые колебания давления среды (пульсации), приводящие к частым запрессовкам их угольной пылью и обрыву крепящих подвесок.
Таким образом, отсутствие научно обоснованной методики расчета мощных пневмовинтовых насосов и пневмотранспортных систем большой протяженности создало большие затруднения в обеспечении угольной пылью головных энергоблоков. Эта проблема усугубилась ненадежной работой паровых трубчатых сушилок фирмы "Zemag" при подсушке взрывоопасных бурых углей Канско-Ачинского бассейна и АШ ухудшенного качества.
Для решения этой важной проблемы потребовались проведение комплексных исследований разомкнутых систехМ пылеприготовления и пневмотранспортных установок энергоблоков 500 и 800 МВт, разработка методов их расчета и технологического оборудования.
Проблема была настолько напряженной, что согласно решению Минэнерго, Минэнергомаша и Миндоркоммунмаша СССР № 153 от 10.02.1972 г. для проведения этих исследований на Назаровской ГРЭС была сооружена крупномасштабная экспериментальная пневмотранспортная система с,подачей угольной пыли на расстояние до 350 м.
В процессе испытаний определились основные направления исследований, пути усовершенствования оборудования, интенсификации процессов подсушки топлива, движения угольной пыли в бункерах, в пневмовинтовых насосах и транспортных трубопроводах. Были разработаны методики расчета. Pea 19 лизация результатов исследований и методик расчета позволили повысить производительность пылесистем почти в 2 раза.
Выполненные исследования технологий подготовки топлива в разомкнутых системах пылеприготовления энергоблоков 500 и 800 МВт, анализ и использование этих результатов определили новые подходы к решению проблем технического перевооружения энергетики, выбору рациональной технологии подготовки углей Канско-Ачинского бассейна для энергоблоков с суперсверхкритическими параметрами пара (р = 30 МПа; t = 600/600 С).
В последнее время обострились проблемы по подготовке и использованию углей с повышенной зольностью, высоким содержанием серы и влаги, с обеспечением жестких экологических требований по выбросам в атмосферу оксидов серы и азота, которые регламентируются принятым в России стандартом (ГОСТР 50831-95).
Для выполнения требований нормативов по удельным выбросам оксидов азота разрабатываются и внедряются технологические методы (режимные мероприятия, различные варианты ступенчатого сжигания угольной пыли, специальные малотоксичные горелки, подогрев пыли и т.д.) для пылеугольных котлов. Но в ряде случаев при реализации технологических методов на ТЭС возникают трудности по перераспределению тепловосприятия по элементам котла, увеличению температуры на выходе из топки, повышению потерь тепла с механической неполнотой сгорания, а также шлакованию поверхностей нагрева.
Отдельно стоит проблема по связыванию серы в дымовых газах. На зарубежных ТЭС в большинстве случаях эта проблема решается путем строительства дорогостоящих установок по связыванию серы. Для отечественной энергетики это потребует больших инвестиций, но проблема осложняется еще и тем обстоятельством, что на действующих котельных установках нет свободных площадей для размещения дополнительного вспомогательного оборудования.
Одним из комплексных решений этой сложной народнохозяйственной проблемы является разработка и внедрение экологически чистых технологий сжигания топлива в топках котлов с низкотемпературным стационарным и цир 20 купирующим кипящим слоем. По расчетам и опыту освоения этих технологий сжигания углей выбросы оксидов азота находятся на уровне 300-350 мг/м3, а степень связывания серы составляет до 90 %.
В этом случае необходимо: разработать технические требования к подготовке разных марок углей, наполнителя слоя и сорбентов; создать новые системы и нестандартное отечественное оборудование для подсушки и дозирования, а также решить проблемы транспортирования этих компонентов сжатым-воздухом по разветвленной сети трубопроводов и подачи их в определенном соотношении в зону горения.
Необходимо отметить, что отечественная технология сжигания угля в стационарном кипящем слое развивалась одновременно с работами по освоению котлов с кипящим слоем, проводимыми в США и в других развитых странах. Наиболее показательными являются котлы со стационарным кипящим слоем в США на электростанции "Rivesvill", (D = 135 т/ч; р = 9 МПа; t = 500 С), "Shawnee", (D = 500 т/ч; р = 16 МПа; t = 540 С).
Системы подготовки и подачи топлива включают следующие операции: подсушку угля; фракционирование; дозирование и подачу по разветвленной сети трубопроводов под кипящий слой.
Как показала практика освоения этой технологии за рубежом, наряду с решением проблем по сжиганию топлива, отдельно стоит проблема подготовки и подачи угля и сорбентов в топки котлов с кипящим слоем. Это понимание появилось не сразу, так как по условиям сжигания угля в топках котлов с кипящим слоем, зачастую не требуется их подсушка. Поэтому это негативно отражается на сроках освоения технологии сжигания топлива в кипящем слое. Так, например, пусконаладочные работы на котле электростанции "Shawnee" продолжались в течение двух лет.
В Японии эксплуатируется котел со стационарным кипящим слоем, паро-производительностью D = 1000 т/ч с пневматической транспортировкой топлива и сорбента под кипящий слой.
Расчет производительности, мощности электропривода пнев мовинтового насоса
Таким образом, для успешного освоения отечественной технологии сжи гания низкосортных топлив в кипящем слое, а также использования в качестве топлива шламов сточных вод и других материалов с плохими сыпучими свой ствами необходима предварительная подготовка и подсушка топлив. В Амери ке и Японии паровые сушилки не производятся и для этой цели традиционно используются барабанные газовые сушилки. Как это было отмечено выше, это громоздкий агрегат, требующий для сушки влажных материалов большое ко личество газов с температурой 800-900 С, и соответственно большие габариты аппаратов очистки этих газов, а также значительное количество обслужи вающего персонала. . .
Кроме того, необходимо сформулировать технические требования к подготовке разных марок углей, наполнителя слоя и сорбентов, разработать системы и нестандартное отечественное оборудование по их подсушке, фракционированию, дозированию с использованием положительного опыта освоения оборудования подготовки топлива для энергоблоков 500 и 800 МВт. А также решить проблемы по транспортированию дробленого топлива и сорбентов сжатым воздухом по разветвленной сети трубопроводов и подачи их в определенном соотношении в зону горения.
Поэтому разработка, расчет и освоение систем и оборудования по подготовке и пневмотранспорту топлива и сорбентов для экологически чистых технологий сжигания угля является перспективным и актуальным направлением в энергетике.
Интенсивно развиваются и внедряются комбинированные парогазовые установки с газификацией угля под давлением, что позволяет интенсифицировать газификацию практически всех марок углей и уменьшить габариты оборудования. Газификация осуществляется путем химических превращений содержащегося в угле углерода и водяных паров при высоких температурах с образованием смеси горючих газов (СО, Efe, СИ») [37]. Наиболее проработанными технологиями являются газификации угля: в насыпном слое - горновой метод; в кипящем слое и в потоке (рис. 1.11). -ЧГ5 I и II - с насыпным и кипящим слоями; Ш - с газификацией в потоке; а - уголь; б - воздух или кислород; в - пар; г - генераторный газ; д - зола или жидкий шлак. Начиная с 50-х годов, большой комплекс исследований по газификации топлива горновым методом был проведен в ВТИ доктором техн. наук В.И. Бабий, канд. тех. наук Х.И. Колодцевым, СИ. Сучковым [38]. Процесс газификации кускового угля в газогенераторе горнового типа идентичен с процессами в горне доменных печей. Кусковое топливо (5 = 5-50 мм) поступает в газогенератор из бункера самотеком через систему шлюзования. Угольная пыль (5 = 0-1 мм) через систему шлюзования, сжатым воздухом по трубопроводам подается через фурмы в нижнюю часть слоя, где создается высокотемпературная зона горения. Продукты сгорания проходят через слой кускового топлива, где за счет эндотермических восстановительных реакций и пиролиза топлива формируются горючие компоненты генераторного газа: СО, Нг, метан и другие более сложные углеводороды. Следует отметить, что системы шлюзования и пневматической подачи мелкофракционного топлива с высокой концентрацией практически одинаковы для разных модификаций газогенераторов.
Для горнового процесса характерны высокая температура газа на входе в зону восстановительных реакций и продолжительное время пребывания кускового топлива в реакционной камере. Это обеспечивает газификацию даже низкореакционных топлив без обогащенного дутья.
На стендовой установке в ВТИ (р = 0,3-0,5 МПа, G = 100 кг/ч) теплонапрежение сечения газогенератора составляло 19-25 МВт/м , теплота сгорания генераторного газа равна 4,2-5,5 МДж/м3. Химический КПД газификации составлял около 73 %. В процессе испытаний СИ. Сучковым выявлено высокое связывание серы от 66 до 94 % при увеличении отношения Ca/S от 0,9 до 4,5. При газификации малосернистого березовского угля, зола которого содержит большое количество СаО, сера связывалась практически полностью.
Работы по созданию отечественной опытной парогазовой установки типа ОПГу-250 на кузнецких углях начаты в ВТИ в 80-х годах. Предусматривалось установить один газогенератор горнового типа, разработанный ВТИ и два газогенератора с кипящим слоем, разработанные НПО ЦКТИ. Системы подготовки, подсушки, фракционирования и подачи мелкофракционного топлива по пневмотранспортным системам в фурмы газогенератора горнового типа разработаны ВТИ [39,40].
Необходимо отметить, что наибольшая степень преобразования химической энергии угля в теплоту сгорания генераторного газа достигается в газогенераторе горнового типа.
Первая опытно-промышленная ПГУ мощностью 170 МВт с газификацией угля в насыпном слое эксплуатировалась в ФРГ на ТЭС "Келлерман" с 1972 до 1977 гг. [41]. В качестве топлива использовался слабоспекающийся уголь зольностью до 25 % и влажностью 10 %, крупность угля составляла 5-30 мм, при этом содержание мелочи (0-5 мм) не превышало 10%. Уголь газифицировался в пяти газификаторах (один газификатор резервный) Лурги, работавших под давлением среды равного 2,0 МПа, дутье паровоздушное. Производительность каждого газогенератора по углю 15 т/ч, высота 20 м, диаметр газогенератора равен 3,5 м.
Генераторный газ после очистки сжигался в топках двух высоконапорных парогенераторов под давлением 0,9 МПа. Выработанный пар с параметрами 12,0 МПа, 527 С поступал в паровую турбину, а продукты сгорания с температурой до 820 С - в газовую турбину. Расчетная мощность паровой турбины 96 МВт, ГТУ соответственно 74 МВт, расчетный КПД ПГУ равен 36,9 %.
В общей сложности было газифицировано 150 тыс. т угля, при этом КПД составил только 34 %. Подробностей, связанных с работой основного и вспомогательного оборудования не сообщалось и, вследствие ее низкой экономичности, дальнейшая эксплуатация газогенераторной установки была прекращена.
Небольшая, с электрической мощностью 6,2 МВт, опытная ПГУ с газификацией угля в насыпном слое на паровоздушном дутье сооружена фирмой "BHEL" в Индии. Схема установки приведена на рис. 1.12. Газификатор имеет диаметр равный 2,72 м и высоту 8,8 м, давление среды в газификаторе не превышает 1 МПа, температура соответственно равна 900 С. При подаче 6 т/ч угля вырабатывается 12000 м /ч генераторного газа.
Методика проведения испытаний, обработка и оценка результатов исследований
Анализ основных расчетных формулы по определению производительности пневмовинтовых насосов показывает, что они в основном идентичны формулам по расчету тихоходных и быстроходных шнеков, подающих материал в зону с атмосферным давлением [57-63].
Рассмотрим распространенную формулу для расчета производительности (подачи) пневмовинтовых насосов B = 0,785(D2-d2)Snpvj/60, т/ч (1.13) где D и d - наружный диаметр витков и вала шнека, м; S - шаг витков шнека, м; п- частота вращения шнека; р - насыпная плотность материала, т/м ; і/ - коэффициент заполнения.
Для расчета в формуле (1.13) принимают значение шага в заборной камере или шаг на выходе шнека, поэтому вводятся разные значения ці [59,61]. Таким образом, коэффициент заполнения учитывает все особенности работы быстроходного шнека при подаче материала в трубопровод, находящийся под давлением среды. Как показывают расчеты, при производительности 60-70 т/ч и рекомендуемых значениях vj/ = 0,2-0,35, толщина слоя материала в межвитко-вом пространстве шнека диаметром 250 мм не превысит 20-30 мм. Но как показывает опыт эксплуатации насосов, последние напорные витки шнека пневмовинтовых насосов работают с заполнением, близким к 100 % [60-61]. Видимо, коэффициент \\f правильнее назвать коэффициентом производительности, характеризующим производительность шнека по отношению к максимально возможной теоретической, то есть при \\f = 100 %. Для определения количества материала, находящегося в межвитковом пространстве шнека предпочтительнее пользоваться значениями коэффициента заполнения у3. Опыт работы насосов показывает [64-65], что значения ц/ зависят от следующих факторов Ч іЧсОщн.Лр, Фі), (1.14) где ДР - сопротивление трубопровода, Ющн - угловая частота вращения шнека, ері- угол трения транспортируемого материала о поверхность лопастей шнека. До последнего времени значения ці приводились в технической литературе применительно к работе насосов на цементе. Поэтому при разработке пнев-мовинтовых насосов ОАО "Бицема" для энергоблоков 500 и 800 МВт Назаров-ской и Славянской ГРЭС были приняты завышенные значения, равные vj/ = 0,4. Урбан Я. также рекомендует значения этого коэффициента в широком интервале, равном v/ = 0,2-0,35, называя его как объемный КПД шнека, однако автором не приводятся рекомендации, в каких случаях принимать то или иное значение [60]. Центральное конструкторское бюро "Строймашина" рекомендует следующую формулу для определения этого коэффициента О 1Я \/=1- 7—х10-3. (1.15) n.jD.g
Из формулы (1.15) следует, что с увеличением частоты вращения шнека значение VJ/ должно возрастать, что противоречит данным, полученным A.M. Григорьевым [57]. Кроме того, в формуле (1.15) не учитывается основная составляющая-давление среды, что снижает ее ценность. В формуле, рекомендованной ВНИИСтройдормашем, составляющая давления среды учитывается только для условий подачи цемента [61] vj/ = 0,5-EAP, (1.16) где ЕДр -сопротивление трубопровода.
Расчеты, выполненные по формулам (1.15,1.16) применительно к подаче угольной пыли показывают, что полученные значения коэффициента производи 98 тельности в 1,5-2,0 раза выше, чем фактические, полученные на Каширской, Славянской и Назаровской ГРЭС. Это обстоятельство красноречиво показывает, насколько важно учитывать физико-механические свойства транспортируемых материалов.
В заключении необходимо подчеркнуть, что в энергетике до 70-х годов практически отсутствовали количественные данные о влиянии уровня пыли в бункерах, пульсаций давления среды в трубопроводах на условия работы и производительность пневмовинтовых насосов при подаче ее на большие расстояния. Это одни из основных факторов, без учета которых нельзя правильно разрабатывать и эксплуатировать пневмотранспортные системы.
Эти проблемы имели место и при подаче пыли высокой концентрацией в горелки котлов, где условия работы питателей намного легче, так как сопротивления трубопроводов на порядок меньше, а производительность питателей не превышает 10 т/ч.
Наиболее полно исследованы процессы перемещения сыпучих материалов и затрат мощности в тихоходных и быстроходных шнеках при выдаче их в зону с давлением близким к атмосферному [57,58,62,63,66]. ВНИИСтройдормаш рекомендует формулу, учитывающую величину давления среды N= 0,785 SAP D2 п. (1.17) Формула (1.17) не учитывает физические свойства, частоту вращения транспортируемого материала в межвитковом пространстве шнека, поэтому для оценки затрат мощности насосов работающих на пыли, дробленом угле и сорбентах она не нашла применения. В настоящее время ОАО "Бицема" определяет производительность и затрачиваемую мощность пневмовинтовых насосов на специальном полигоне, с подачей цемента в трубопровод определенной длины. И только для этих условий завод гарантирует паспортную производительность и затраты мощности пневмовинтовых насосов.
Расчет мощности пневмовинтовых насосов, работающих на угольной пыли, ЦКБ "Строймаш" осуществляет по формуле [66] N = 2,15 ZAp -[f к (m -1)+1]. (R3 - г3в) n 10"5, (1.18) где: к = 0,12 - коэффициент нагрузки на виток шнека; f - коэффициент внутреннего трения материала; m - число витков; Rq - средний радиус лопасти шнека, гв - радиус вала шнека. Расчеты выполненные по формуле (1.18) для условий подачи угольной пыли бурого угля показали, что затраты мощности пневмовинтового насоса в три раза больше фактических. Основной причиной несоответствия расчетных данных, полученных по формулам (1.17 и 1.18) и фактических затрат мощности пневмовинтовых насосов является, по-видимому, недоучет влияния частоты вращения пыли на разных участках быстроходного шнека и угол наклона лопастей.
Ввиду ограниченного опыта применения пневмовинтовых насосов в отечественной энергетике практически не исследованы процессы движения угольной пыли, дробленого угля и разного рода наполнителей слоя в межвитковом пространстве быстроходного шнека и выдачи их в трубопровод дальнего транспорта.
Необходимо в этой связи отметить, что в нормативных документах по расчету и проектированию пылеприготовительных установок отсутствуют какие-либо рекомендации по выбору пневмовинтовых насосов, расчету их производительности и мощности электроприводов [63]. Поэтому до последнего времени при расчете мощности пневмовинтовых насосов в энергетике пользовались опытными значениями удельных затрат электроэнергии N = Nyfl.B, [59, 60]. Следует отметить, что Nya в большей степени зависит от физических свойств угольной пыли, конструктивных параметров шнека, величины давления среды в трубопроводе, поэтому такой подход следует считать упрощенным.
Повышение технико-экономических показателей централизованных систем пылеприготовления
В энергетике и в других областях промышленности транспортирование угольной пыли, золы и сорбентов осуществляется по трубопроводам при Re 3200, в области турбулентного течения воздуха.
Транспортирование с высокими концентрациями аэросмеси не позволяет определить траекторию движения отдельной частицы, которая в большинстве случаев не совпадает с линиями тока транспортирующего газа. Кроме того, учитывая, что размеры частиц материала несравнимо малы с размерами несущей среды, поэтому на практике допускается переносить свойства отдельных механизмов движения частицы и газа на осредненные интегральные характеристики запыленного потока [27,68].
Анализ процессов движения запыленных потоков с использованием критериев подобия показывает, что в общем виде сопротивление трубопровода является функцией [27,87]
Так как в концентрированном потоке аэросмеси имеются частицы материала разной крупности, то рекомендуется пользоваться средним, эквивалентным размером частицы или рассматривать распределение частиц по фракциям интегрально. В качестве одной из размерных величин рекомендуется использо G ... . вать массовую расходную концентрацию аэросмеси, равную д. = ——, кг/кг G воз воздуха. Проблемы изучения процессов движения концентрированных потоков при турбулентных течениях воздуха усложняются тем обстоятельством, что происходит неупорядоченное соударение частиц между собой и стенками трубопровода, при этом траектории движения сравнительно крупных частиц пыли и золы не совпадают с траекториями потоков воздуха. Поэтому результаты моделирования и критериальные уравнения для расчета крупномасштабных, промышленных пневмотранспортных установок пока используются для решения отдельных частных задач.
Первые наиболее систематизированные исследования процессов транспортирования воздухом сыпучих материалов были выполнены в 20-х Ш годах Гастерштадтом И. [88]. Последующие работы отечественных ученых А.О. Спиваковского, А.Е. Успенского, А.Е. Смолдырева, М.П. Калинушкина, A.M. Дзядзио, А.С. Кеммера, А.Я. Малиса, З.Р. Горбиса, А.С. Сукомела позволили разработать теоретические основы и методы расчета пневмотранспортных установок [27,68-69,72,76,83,85]. Из зарубежных ученых, работающих в этой области можно выделить Барта В., Урбана Я., Вебера М. [60,73р95о9й пинстве случаев эти исследования посвящены изучению процес сов транспортирования таких материалов, как цемент, зола, зерно, древесная т щепа, которые по своим физико-механическим свойствам отличаются от уголь ной пыли, дробленого угля и сорбентов. Пневмотранспорту угольной пыли, имеющей специфические физические свойства, посвящены работы Н.И. Звере 108 ва, СТ. Ушакова, В.А. Успенского, В.Ф. Гречко, Б.Н. Муравкина, Л.А. Кесовой и других ученых. Надо отметить работы И.М. Федорова и В.А. Филиппова по изучению процессов пневмотранспорта дробленого угля при сушке в трубах сушилках, также работы А.П. Бурдукова по исследованию гидродинамики запыленных потоков и получению тонкодисперсных угольных порошков.
Основной особенностью движения концентрированных потоков аэросмеси в горизонтальных участках трубопровода является влияние сил тяжести, действующих на частицу, что приводит к перераспределению локальных концентраций по сечению трубопровода и к сепарации на нижнюю стенку трубы.
Исследованиями О.М. Тодеса, Н.А. Фукса и Б.И. Броуштейна было показано, что турбулентные пульсации играют важную роль [28,81]. При переносе в турбулентном потоке частицы материала отстают от пульсационных скоростей потока, в результате происходит диссипация энергии среды [94]. Обработка СЕ. Саксом опытов П.И. Кожушко и А.Е. Смолдырева по пневмотранспорту угольной пыли крупностью до 50 мкм показала, что дополнительные потери составляют не более 1% от общих потерь, поэтому в практических расчетах этими потерями можно пренебречь.
В этом случае инерционность частицы определяется ее способностью взаимодействовать с несущей средой, временем приспособления к изменившимся условиям движения, временем релаксации тт [83]. Сила инерции для частиц, близкой по форме к шару равна Frat=pM2H!!l.U (1.24) 6 Тт где U-относительная скорость частицы по отношению к скорости линии тока турбулентного потока газа, м/с. Из совместного рассмотрения формулы (1.24) с величиной сил сопротивления частиц 4 2 v J где Е = f (Re), можно определить время релаксации 109 4pM dv чп ,о (1.26) Зрвот Ф При турбулентном течении воздуха для больших энергетических вихрей, вре D 2и менной масштаб можно определить по формуле то « где и = иВОз J динамическая скорость, м/с V А, Для того чтобы частицы успевали двигаться по траекториям больших вихрей, необходимо выполнение условия Р 1 (1.27) Влияние сил тяжести учитываются безразмерным комплексом, критерием Фру-да, Fr=- — (1.28) P«gdM
Таким образом, если время релаксации частиц больше времени существования вихрей тт то, то турбулентность практически не оказывает влияние на процесс их движения. Частицы взаимодействуют с осредненной несущей средой. В этом случае приобретают большое значение такие факторы, как столкновение между собою частиц и со стенками трубопровода. Частицы у стенки замедляются, а при ударе происходит уменьшение количества движения. Потери компенсируются за счет энергии движущего потока.
