Расчет циклонного топочного устройства

Расчет циклонного топочного устройства

Расчет циклонного топочного устройства аналогичен методике расчета слоевой топки, приведенной в п. 4.4. Расчет циклонного топочного устройства в соответствии с их принципиальными особенностями позволяют реализовать весьма высокие теплонапряжения топочного объема, а следовательно, уменьшить материалоемкость топочных устройств и сократить потери в окружающую среду. В связи с этим изучение процесса, протекающего в циклонной камере горения при сжигании древесной биомассы, и установление закономерностей всех отдельных составляющих его явлений представляет большую и практически очень важную задачу.

Решение ее, однако, наталкивается на ряд трудностей, обусловленных тем, что процесс горения твердого топлива в циклонной камере состоит из сложного комплекса явлений: движения двухфазной системы, тепло- и массообмена, горения в объеме камеры и на поверхности ее стенок. При этом каждое из явлений находится в сложной зависимости от других, обусловлено ими и, в свою очередь, оказывает на них большее или меньшее влияние. Полное решение задачи о горении в циклоне может быть достигнуто лишь при совместном, комплексном рассмотрении всех явлений и уравнений их описывающих и учитывающих все влияющие на процесс в целом факторы. Даже простое перечисление уравнений процесса (движения дисперсных твердых частиц, движения несущей газовой среды, теплообмена частицы со средой и среды со стенками камеры, горения частицы в период движения в объеме и после сепарации на стенку) без раскрытия содержания описываемых ими явлений свидетельствует о необычной сложности и громоздкости задачи.

Как известно, даже для обычных циклонных пылеуловителей, в которых весь процесс сводится к определению криволинейного движения изотермического двухфазного потока с дисперсными частицами постоянной массы, задача о таком движении при больших значениях критерия Рейнольдса не может быть полностью решена. Поэтому вполне понятны трудности, возникающие при полном описании системой уравнений циклонного процесса сжигания твердого топлива, где криволинейное движение двухфазного потока является лишь незначительной частью большого комплекса взаимосвязанных явлений.

Таким образом, практический ориентировочный расчет циклонного топочного устройства должен базироваться на результатах конкретных исследований, проведенных по каждому виду сжигаемого топлива. В качестве определяющего размера циклонной камеры принимается диаметр ее внутренней цилиндрической поверхности Dц. Этот диаметр находится из следующих заданных при конструировании показателей циклонного топочного устройства:

• номинальной производительности циклонной топки по расходуемому топливу Вц, кг/ч;
• теплоты сгорания топлива (низшей) на рабочую массу топлива О_н^р, кДж/кг;
• теплонапряжения поперечного сечения циклонной камеры R_f, кВт/м².
• теплонапряжение сечения топочного объема R_F принимают в пределах 10 000 - 15 000 кВт/м².

Внутреннее сечение циклонной камеры Fц можно подсчитать по формуле

F_ц = В_цQ_p^н/3600R_F (6.1)

где F_ц - внутреннее сечение камеры циклона, м². Определяющий размер циклонного топочного устройства D_ц, определяем по уравнению

D_ц = √F_ц/0,785 (6.2)

Основные размеры и конфигурации камеры циклонного топочного устройства показаны на рис. 17.

Длина циклонной камеры Lц в метрах определяется соотношением

L_ц = (1. . .2)D_ц  (6.3)

Рис. 17. Основные размеры камеры горения циклонного топочного устройства.

При увеличении длины циклонной камеры возрастают потери на трение между несущей газовой средой и стенками камеры. Вследствие этого тангенциальная скорость вращающихся газов уменьшается по длине камеры по направлению к ее выходному концу. Следует иметь в виду, что рациональная конструкция циклонной камеры должна удовлетворять двум требованиям: иметь минимальное гидравлическое сопротивление и обеспечивать максимальное значение тангенциальной скорости вихревого движения газов на выходной стороне циклонного устройства.

Соотношение (6.3) подобрано таким образом, чтобы в условиях практики рациональность конструкции циклонного устройства была ориентировочно обеспечена, если это соотношение размеров камеры выдержано. На аэродинамику циклонного потока не оказывает заметного влияния форма выходного конца циклонной камеры. В частности, применение плоского и встроенного конусного пережима (в виде конуса, сужающегося внутрь камеры, как это показано на рис. 17) дает практически одинаковые коэффициенты сопротивления циклонной камеры. Диаметр выходного отверстия циклонной камеры существенно влияет на всю газодинамику устройства. Уменьшение параметра D_c/D_ц (см. рис. 17) приводит к росту тангенциальной скорости газового потока и к увеличению статического давления во всех сечениях циклонной камеры. Обычно в расчет циклонного топочного устройства диаметра D применяют формулу

D_с = (0,35 …. 0,5) D_ц (6.4)

Воздух в камеру циклонной топки подводится тангенциально внутренней цилиндрической поверхности камеры на длине l. Эта длина зависит от основного параметра топочного устройства и определяется по соотношению

l = 0,75Dц. (6.5)

Высота сопел h принимается такой, чтобы скорость воздуха в них была в пределах 130 - 150 м/с. Расчетный коэффициент избытка воздуха в циклонных топках принимают равным α = 1,05 - 1,10