Введение к работе
Одним из важнейших направлений развития топочной техники и совершенствования процесса сжигания .угля является направление, связанное с технической реализацией в промышленности и энергетике технологии сжигания топлив в кипящем слое (КС) С133 . Осуществление этого способа сжигания позволяет существенно .уменьшить выбросы в атмосферу оксидов серы ( SQ, ) и оксидов азота ( /№/ ), осуществить эффективное сжигание низкосортных высокозольных .углей и различного рода отходов, снизить металлоемкость, особенно за счет .уменьшения веса металла поверхностей нагрева, находящихся под давлением. Несмотря на столь очевидные достоинства сжигания в КС этот способ до настоящего времени не получил достаточного внедрения в отечественную энергетику, что обуславливается тем обстоятельством, что до сих пор еще не накоплен достаточный опыт эксплуатации подобных котлов и не были созданы адекватные методы их теплового и гидродинамического расчета, обеспечивающие необходимый уровень их эффективности и надежности в эксплуатации.
В то ля время, несмотря на большое количество выполненных принципиально ваетых и основополагающих научно-исследовательских работ, многие из вопросов, связанных непосредственно с тепловым раочетом и проектированием котлов с КС но были доведены п конкретных инженерных методов. Указанный пробел в известной мере был восполнен результатами комплексных исследований топок КС, выполненных автором в НПО ЦЕХИ в контакте с котлоотроителышми заводами (ПО Еийскэнергомаш, ПО Сябэнергомаш), ведущими проектными организациями й научными коллективами (УПИ, ВТИ, АНК ИТМО, МЭИ, ЭШ1Н, ВШШИЭНЕРГОПРОМ и др.). Барнаульской ТЭЦ-3, а также предприятиями угольной промышленности Украины (Дояецкуглеавтоматяка, Дуганск-углеавтоматика) и промышленными котельными.
Работа выполнялась в соответствии с целевой программой ГКНТ СССР 0.И.О02 "Создание новых видов оборудования для производства
электрической и тепловой энергии.
В настоящем доісладе представлены основные результаты выполненных автором научно-исследовательских работ, послужившие основой разработки под ого'руководством методов расчета топок ИЗ и реализованных при создании ряда котлов с топками КС, в частности, головных котлов KS-IO-I.4 ПС, ряда реконструированных котлов и самого мощного в стране котла БКЗ-420-І40, смонтированного на Барнаульской ТЭЦ-3. Они обобщают основные результаты исследований автора в области изучения процессов гидродинамики, горения и теплообмена в топках КС.
На зашиту выносятся основные результаты выполненного и обобщенного автором комплексного исследования рабочего процесса в топках КС, послужившего основой для создания инженерного метода расчета выгорания топлива, теплообмена в кипящем слое и напслоевом пространстве, гидродинамики КС и циклонных сепараторов, а такие результаты исследования вредных газообразных выбросов в атмосферу.
Наущая новизна результатов исследования определяется совокупностью установленных в работе новых п уточненных зависимостей, учитывающих влияние основных режимных-и конструктивных факторов топочного процесса на гидродинамику и .условия горония и теплообмена в топках КС, обобщающих обширный материал экспериментальных исследования автора, проведенных, в основном, в промышленных .условиях действующих агрегатов и па лабораторных установках.
Степень обоснованности и пооУаворности рэзультятов определяет-, ся необходимым апробированным католическим обослэчешизц всего комплекса экспериментальных исследований пря объективно допустимой погрешности всех основных результатов измерения я хороши их согаа-» сованием о современными физическими превотааяеишши процессов, протекающих в топках КС, а таю» апробацией принятых решений при практических рэочетах, проектировании и последующих измерениях
на действующих объектах.
Апробация. Основные результаты работы докладывались на НТС Минэнергомаша и Минэнерго СССР, заседаниях ГКНТ, на Всесоюзных и отраслевых научно-технических совещаниях и конференциях, на международных конференциях и симпозиумах (г.Сан-Францизско (США), г.Дубровник, Белград (СФРЮ), НРБ), использованы в нормах аэродинамического расчета котельных .установок.
Публикации. В представленном к защите научном доклада обобщены основные результаты исследований автора, опубликованные им в течение 24 лет в центральных научных журналах, сборниках, трудах научных конференций и симпозиумов. Всего по теме научного доклада автором опубликовано 50 статей. Помимо них имеется 13 авторских свидетельств на изобретения.
Личный вклад автора работы. Непосредственное участие в исследовательских работах. Научное руководство при проведении экспериментальных и теоретических работ. Обобщение научных данных, разработка и осуществление рекомендаций, а также организационные мероприятия по широкому внедрению полученных положительных результатов. Лично автором разработаны: методы исследования и расчета газораспределительных решеток, исследования я определения критической высоты нацслоевого пространства, батарейные циклоны с элементами і 512 им и прямоточным циклом, теоретические положения по расчету движения частиц в 3-х мерном закрученном потоке, методика исследования турбулентных характеристик взвешенных в потоке мелких частиц.
Актуальность работы определяется все возрастающими требованиями к энергетическому оборудовании в части уменьшения ими вредных газообразных выбросов;' необходимостью сяигать в топках топливо со псе более ухудшашимися рабочими характеристиками и потребностью котлостроитеяышх заводов снижать, в раз.умных пределах, металлоемкость выпускаемых котлов.
Практическая ..значимость работы состоит в том, что разработанные методики расчета и рекомендации по проектированию используптся
при сознании новых и реконструкции действующих промышленных и энергетических котлов.
I. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ I.I. Объекты исследования
Вопросы горения, тепломассообмена и гидродинамики газового и запыленного газового потокоп изучались как на специально созданных для этих целей экспериментальных стендах, так и в промышленных .условиях работы котлов с низкотемпературным кипящим слоем. Во всех исследованиях ставилась задача получения необходимых данных для построения методики расчета и разработки рекомендаций по проектированию топок низкотемпературного кипящего слоя.
Основные характеристики объектов исследования представлены в табл.1.1. Основные характеристики исследовавшихся циклонов приведены в табл.1.2. Таблица I.I. Экспериментальные .установки и котлы с топками кипящегс
слоя
6.5 (-Усл.
пар)
Таблща 1.2. Основные характеристики исследованных циклонов
1.2. Мато діжа исследования
При исследовании гидродинамики кипящего слоя (КС) изучалось гидравлическое сопротшзление воздухораспределительных решеток при разных высотах и гранулометрическом составе находящегося на них КС; вопросы расширения заторможенного пучками труб КС, перемешивания твердой фазы плотной части КС и движения частіщ, выбрасываемых в надслоевое пространство (НП) "захлопывающимися" на поверхности КС воздушными пузырями.
Исследование массопереноса твердой фазы проводилось на котле и модели с применением цветовой и калориметрической меток.
Основной целью исследования процэсса горения явилось изучение механизма формирования механического недожога в топке КС.
При исследовании теплообмена изучалась теплоотдача к расположенным в олое и в надслоевом пространстве (НП) поверхностям нагревп. Измерения проводились с помощью калориметров и специальных радиометрических зондов.
При исследовании экологических характеристик топок измерялись
концентрации оксидов серы ( $Ot) и азота (NOx), а также бенза-пиренов в топке л на выходе из котла.
Бо всех опытах осуществлялось сведение теплового и материального балансов по ряду важнейших характеристик топлив.
Основными вопросами исследования явилось излучение аэродинамики закрученного газового чистого и запыленного потока в объеме циклонного аппарата. Измерения проводились с помощью цилинцричеоких зондов, тврмоанемометров и одтем фотографирования траекторий движения частиц.
