Исследования газообразования и динамики выгорания в камерных топках, которые излагаются в последующих главах, а также рассмот­ренная аэродинамическая структура потока показывают, что индиви­дуальные особенности горелок проявляются главным образом в устье факела. Поэтому для решения вопросов рационального проектирования горелочных устройств и построения метода их расчета необходимо на­ряду с аэродинамикой потоков, выходящих из горелок различных кон­струкций, также изучить развитие процесса горения на начальном уча­стке факела. В виде примера рассмотрим подобное исследование, про­веденное при изучении факелов, развивающихся в открытых призмати­ческих топках, оборудованных 'прямоточными (парогенератор ТП-90) и вихревыми (парогенератор ТП-70) горелками, а также в полуоткрытой топочной камере парогенератора ТПП-210А с вихревыми горелками мощностью 70 МВт. Исследования проводились при сжигании антра­цита и режиме работы горелок, близком к оптимальному

Характер полей осевой составляющей скорости содержания

СО2, концентрации пыли х и содержания горючих в отобранных пробах Г° в четырех сечениях горизонтального участка факела на уровне оси верхнего яруса прямоточной длиннощелевой горелки приведен па рис. 3-9. На расстоянии 300 мм от амбразуры (кривые /) в зоне основ­ного потока поля скоростей имеют резко выраженные максимумы, рас­положенные на расстоянии 400—500 мм по обеим сторонам от оси горелки. Максимальная скорость в этом сечении равна средней на выхо­де из горелок, а ширина воздушной струи в зоне максимальных скоро­стей незначительно превышает ширину щели, из которой она вытекает. В приосевой области горелки за рассекателем имеется зона обратных токов с незначительными скоростями.

Для центральной зоны характерно высокое содержание ССЬ и вы­сокие значения температуры. Концентрация пыли в зоне обратных токов незначительна. Кривая, характеризующая распределение концен­трации пылп по сечению, так же как и воздушный поток, имеет два резко выраженных максимума, соответствующих двум струям пыле - воздушион смеси. Характер этой кривой и расположение ее по отноше­нию к кривой распределения скоростей (максимум концентрации и вся кривая располагаются ближе к осп горелки) показывает, что переме­шивание пылп с воздухом в этом сечении незначительное. Низкие зна­чения температуры в зоне основного потока и па периферии факела и высокое содержание горючих в топливе показывают, что в данном сечении факела идет в основном его прогрев и возможно незначитель­ное разгоранне в узкой пленке. Внешняя рециркуляционная зона очень незначительна по величине и уровню скорости, С02 и температуры в пей малы, и поэтому эта зона не играет существенной роли для по­вышения устойчивости воспламенения.

На расстоянии 1150 мм от устья горелки (кривые 2) происходит раскрытие факела при прямоточном движении струй. Зоны максималь­ных скоростей по обеим сторонам от оси горелки отодвигаются па расстояние примерно 1500 мм, а максимальное значение скоростей в этом сечении составляет около 70% начального. По сравнению с пре­дыдущим сечением ширина внутренней малопроточной зоны увеличи­вается примерно в два раза, а значения скорости в ней не превышают

2

М/с. Ширина зоны с высоким содержанием СОг составляет 1500— 2000 мм при невысокой концентрации кислорода. В зоне основного по­тока содержание О2 составляет 16—17%, а СО2 — 4—5%. Поля кон- центрации пыли и горючих имеют, как и в сечении, отстоящем на рас­стоянии 300 мм от амбразуры, 2 резко выраженных максимума на периферии и минимум на оси горелки. По-прежнему максимумы кон-

Центрации пыли расположены на более близком расстоянии к оси горелки по сравнению с максимумами скоростей. Это показывает, что и в данном сечении струи пылевоздушной смеси еще недостаточно перемешаны с воздушными. В приосевой зоне температура факела со­ставляет 1300—1400°С, а в зоне основного потока она остается доста­точно низкой (600—700°С).

В сечении факела на расстоянии 2650 мм от амбразуры (рис. 3-9, кривые 3) еще сохраняется малопроточная зона обратных токов, резкие

Градиенты аксиальных скоростей, концентрации пыли и горючих. При этом поля состава газов и температуры начинают выргвниваться.

На расстоянии 3700 мм от устья (кривые 4) максимальные скоро­сти составляют примерно 50% начальных. Однако зона обратных токов уже отсутствует и осевые составляющие скорости в поперечном сечении практически выравниваются. Поля состава газов и температур также почти выравниваются и имеют градиенты только в пристенной области. Поля концентрации пыли и горючих имеют еще резко выраженный экстремальный характер с двумя максимумами на периферии факела с высоким содержанием горючих.

Приведенные данные показывают, что на горизонтальном участке горение протекает в узкой полосе на границе между струей пылевоз­душной смеси и внутренней рециркуляционной зоной. Только в сечении на расстоянии 6000 мм выше оси горелок верхнего яруса (рис. 3-9, кривые 5) полчены практически выравненные поля всех измеряемых величин. Это свидетельствует о том, что пыль равномерно перемешана с воздухом и процесс горения идет по всему сечению.

Данные, характеризующие воспламенение и горение пыли АШ в факеле прямоточно-улиточных вихревых горелок, приводятся на рис. 3-10. В первом сечении (кривые 1) максимальные значения осевой составляющей скорости закрученной струи составляют 70% средней эквивалентной скорости в устье Эдо« В приосевой зоне четко определяет­ся область возвратного движения газов с высоким содержанием СО2, высокой температурой, до 1500 °С, и скоростями 0,3ш0.

Ширина зоны обратных токов в поперечных сечениях на расстоя­нии 200 (кривые 1) и 1000 мм (кривые 2) от амбразуры в 3 раза боль­ше диаметра рассекателя. В первых двух сечениях максимумы концен­трации пыли лежат ближе к оси, чем максимальные значения скорости газов. Однако пыль от сечения к сечению смещается на периферию факела до тех пор, пока на расстоянии 2500 мм от амбразуры (кри­вые 4) не образуется равномерно перемешанного двухфазного потока. Через горелку пылевоздушная смесь подается со сравнительно неболь­шими скоростями, раздается рассекателем, а затем увлекается закру­ченной струей вторичного воздуха, что, главным образом, п обеспечи­вает эффективное перемешивание. Таким образом, основные особенно­сти движения в топке определяются круткой потока вихревой горелки. Горение происходит на внутренней и внешней границах струп. Однако такой интенсивной рециркуляции газов, как в приосевой зоне и в лю­бой зоне при работе двухулиточных и улиточно-лопаточных горелок, в пристенной и хмежгорелочной зонах не было обнаружено.

Выявилась асимметрия полей относительно оси исследуемой (край­ней к левому боковому экрану) горелки. По-видимому, это связано с тем, что при относительном расстоянии между горелками, равном 5г/Аа=1,7, на расстоянии 1000 мм от амбразуры происходит слияние потоков воздуха от двух соседних горелок.

На расстоянии 1650 мм от амбразуры (рис. 3-10, кривые 3) обрат­ные токи отсутствуют, градиенты значительно уменьшаются по сравне­нию с первыми двумя сечениями. При /ф/£>а = 2,0 (/ф = 2500 мм) поля состава газов, температур и скоростей практически выравниваются, со­держание С02 по всему сечению достигает примерно 16%, температура 1500°С, а скорости падают до среднерасходных значений (кривые 4). Этн данные показывают, что при работе вихревых прямсточно-улиточ-

Ных горелок процесс воспламенения завершается на расстоянии 2,0— 2,5£>а от устья горелки.

Аналогичная структура факела получена при исследовании вихре­вых двухулнточпых и улиточно-лопаточных горелок в открытой топоч­ной камере парогенератора ТП-100 [5] п в полуоткрытой топке паро­генератора ТПП-210А [2].