WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

600

3050

29-30

11,9

2

4 верхнихдополнительных сопла закрыты, 4 нижних открыты,диаметр дросселя D=106мм

315/ 290

300/

270

315/ 270

330/ 320

235/ 190

1500

21,2

0,4

590

3000

29-30

9,4

3

4 верхнихдополнительных сопла закрыты, 4 нижних открыты,диаметр дросселя D~106 мм

394/ 210

400/ 345

386/ 345

378/ 250

240/ 198

1460

20,4

1,6

594

2900

29-30

9,3

4

4 верхнихдополнительных сопла закрыты, 4 нижних открыты,диаметр дросселя D=106 мм

364/ 210

409/ 391

381/ 342

350/ 257

240/ 198

1520

21,6

0

595

3100

30-31

6,5

5

4 верхнихдополнительных сопла закрыты, 4 нижних открыты,диаметр дросселя D=108 мм

273/ 232

370/ 362

348/ 339

307/ 240

226/ 192

1380

21,6

0,5

648

3500

30,5

11,4

6

4 верхнихдополнительных сопла закрыты, 4 нижних открыты,диаметр дросселя D=104мм

360/ 303

346/ 325

310/ 246

220/ 210

175/ 174

1420

24,0

0,.6

645

3500

30,5

7,1

  1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕВЫСКОСКОРОСТНЫХ ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ МЕТОДАМИМОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВГАЗОДИНАМИКИ

Движение газовой среды,истекающей из конического сопламоделировалось с помощьюпакета прикладных программ «PHOENICS», результатыкоторогодалее были подтверждены результатамимоделирования движения газовой среды на базечисленного решения конечно-разностнойаппроксимации системы уравнений движенияНавье-Стокса и неразрывности, а такжерезультатами физического моделирования.

Для дальнейшегосовершенствования горелочного устройстваГГТ использовался пакет прикладныхпрограмм «PHOENICS». Геометрия моделированиягорелки ГГТ показана на рис. 4.

Полученные поляскоростей газового потока в аксиальном ирадиальном направлениях свидетельствуют,что распространение газового потока имеетциклический характер, а максимальнаяаксиальная скорость (вдоль оси горелки)составляет около 171 м/с. Радиальныесоставляющие скорости газового потока висследуемой области незначительны инаходятся в пределах от -24 до +17 м/с, чтоговорит о незначительномвихреобразовании.

Наличиезнакопеременных областей радиальнойсоставляющей скорости потока газасвидетельствует о зонах развитойрециркуляции. Это являетсядостоинством горелки, поскольку в факелесерийных горелках,используемых на заводах стран СНГ,отсутствуют внутренниезоны рециркуляции продуктов сгорания. Циклический характерполей скоростей газового потокаобеспечивает хорошее смешение потоков газа иподаваемого воздуха и, кроме того, сдвигает точкувоспламенения топлива ближе к соплу горелки.Это также представляет собой преимущество посравнению с серийными горелками, прииспользовании которыхнаблюдается большая удаленность точкивоспламенения топлива от сопла– от 1 до 4м.

Моделированиегазодинамики турбулентной горелки типаГГТ выявило определенныйрезерв увеличения скорости и турбулизациигазового потока. Поэтому была поставлена цель:разработать новую конструкцию горелки. Дляэтого, преждевсего,необходимо сформулировать научно-обоснованные требования к эффективнойгазовой горелке для вращающихсяобжиговых печей.

По мнению многихисследователей, как у нас в России, так и зарубежом,такая совершенная газовая горелкадолжна обладать следующими качествами. Во-первых,горелка должна создавать наилучшеесмешение газового потока со спутнымпотоком воздуха, обеспечивая сгораниетоплива с минимальным коэффициентом расходавоздуха. Во-вторых, зона горения должнаиметь хорошую рециркуляцию продуктовсгорания и располагаться в непосредственнойблизости за горелкой. В-третьих, горелкадолжна быть достаточно простой в изготовлении,обеспечивать концентрированный и яркийфакел снеобходимой для обжига температурой илегкость регулированияпламени горелки во время работы от«жесткого» до «мягкого» факела.

Качество смешениятоплива с воздухом напрямую зависит откинетической энергии струи, которая в своюочередь определяется скоростьюистечениягазового потока. Дляобеспечения максимальногосмешения природного газа с потоком воздуха,поступающим из охладителяизвести вращающейся печи, необходимосоздатьмаксимально возможнуюэнергию газового потока, что достигаетсяза счет сверхкритическихскоростей газового потока. Основным средствомполучения сверхкритических скоростейявляются сопла Лаваля и сопла с центральным телом.

Автором разработанновый класс горелок с использованием соплас центральным телом (горелки типа ГЦТ),отвечающих перечисленным требованиям.Схема сопла нового горелочного устройстваГЦТ, предложенного автором, приведена нарис. 5.

Рис. 5. Схема сопла сцентральным телом: 1 – центральное тело, 2 – обечайка

В таком сопле газистекает из кольцевого канала междуцентральным телом 1 и обечайкой 2. Егоособенностью является то, что на срезесопла горелки происходит поворот газовогопотока на угол около вершины тупого углацентрального тела и связанное с этим чистовнешнее расширение газа (уменьшениедавления), за счет чего достигаютсясверхкритические скорости потока (М > 1).Критическое сечение может регулироватьсяпродольным перемещением центральноготела. Разработанная организация истеченияпотока газа через сопло с центральнымтелом с образованием на поверхностицентрального тела тонкого пограничногослоя обеспечивает многократное вовлечениеокружающей среды в струю за соплом.

Исчерпывающий анализработы и пригодности спроектированнойгорелки с центральным теломГЦТ для вращающихся печей по обжигу известняка получен с помощьюCDF (Computational fluid dynamics)-модели пакета «PHOENICS». Полученныеполя скоростей газового потока в аксиальном и радиальномнаправлениях свидетельствуют, что максимальная аксиальная скорость потока,создаваемого горелкой ГЦТ, равна 220 м/с,т.е. больше, чем в горелке ГГТ. Длинафакела увеличивается, что особенно важно для повышенияэффективности работы длинных вращающихся печей.

Анализ полученныхрезультатов моделирования показал, что приизменении расхода газараспределение скоростей по исследуемойобласти практически не меняется. Этовыгодно отличает горелку ГЦТ от горелки ГГТ. При изменении положенияцентрального тела в горелке ГЦТ давление на срезе горелкиможет существенно уменьшаться, особенно при больших смещениях.Полученныезначения скоростей в этом случае меньше по сравнению срасчетным режимом, что соответствует более «мягкому» факелу, т. е. изменяяположение центрального тела, можно легко управлять «жесткостью»факела.

Распределениерадиальных скоростей показало, чтонаибольшие радиальные составляющие скорости потокадостигаются при нейтральном положении центрального тела вгорелке ГЦТ, обеспечивая наибольшую турбулизациюпотока инаилучшее перемешивание.

Картины распределениядавления свидетельствуют, что, посравнению с горелкой ГГТ,горелка ГЦТ может создать большее давлениегазового потока. Это весьмасущественно при эксплуатации горелочныхустройств, поскольку длястабильности работы производственникизаинтересованы вподдержании высокого давления на горелке. При этомизменение расхода газанезначительно сказывается на изменении давления за горелочным устройством.

Достоверностьполученных результатов была подтвержденаи физическим моделированием процессовистечения газового потока из сопла сцентральным телом, используя критерииподобия. Исследования на модели позволилиустановить, что длина факела прииспользовании газового потока,закрученного с помощью завихрителя,составляет всего около десяти калибров(под калибром понимается среднийдиаметр проходного сечения сопла d0). Дляполучения длинного факела из конструкцииудалялся завихритель потока. Длина газовойструи при этом увеличилась примерно в 6раз.

На рис. 6 приведеныраспределения скоростей газового потокана различных расстояниях от среза соплагорелочного устройства: для относительныхрасстояний x/d0,равных 1,0; 2,0; 3,0; 10,0; 14,0; 19,0; 22,0.

Рис. 6. Эпюры скоростейистечения газового потока W0 (м/с) на различныхрасстояниях от среза сопла (x/d0 – число калибров, = 8 о –половина угла раскрытия струи)

Анализ эпюр скоростейпоказывает, что на расстоянии от срезасопла горелки примерно до 20 калибров струяпредставляет собой тонкостенный тороид,внутри которого существует развитая зонатурбулентной рециркуляции. Зонатурбулентной рециркуляции с возрастаниемдлины струи увеличивается и при расстояниидо 22 калибров полностью заполняетвнутреннюю полость струи. За счет этогоосуществляется эффективное перемешиваниеистекающего потока и окружающей среды. Нарасстоянии 22 калибров и более характеристечения меняется, тороидальная формапотока исчезает.

Результатыисследования на модели показали, что прииспользовании разработанного горелочногоустройства длина струи достигает 60 и болеекалибров, при этом угол раскрытия струифакела при работе без закручивания потокалежит в пределах 15-160. Результаты моделированияподтверждены натурным испытаниемразработанного горелочного устройства(рис. 7).

Рис. 7. Устойчивоегорение длинного факела при натурныхиспытаниях горелки с центральным телом ГЦТ

Таким образом, можносделать вывод, что горелка ГЦТобеспечивает стабильностьхарактеристик газового потока, высокиескорости потока, создает наилучшиеусловия перемешивания газовой среды засчет увеличения турбулизации потокаприродного газа. При этом обеспечиваетсялегкое регулирование «жесткости» факела за счетсмещения центрального тела.

  1. ТЕОРИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ СОПЛА СЦЕНТРАЛЬНЫМ ТЕЛОМ

Разработанные авторомэнергосберегающие высокоскоростныегорелочные устройства нашли широкоеприменение в металлургических печахразличного назначения. На основематематического моделированиягазодинамики истечения высокоскоростныхпотоков была найдена рациональнаяконфигурация сопла горелочногоустройства, названного соплом сцентральным телом. Однако теория,рассматривающая высокоэффективныеусловия горения высокоскоростных потоковгаза, отсутствует. Подобная теорияпозволила бы создать методику расчетаэнергосберегающих высокоскоростныхгорелочных устройств на базе сопла сцентральным телом

Сопла с центральнымтелом (или «тарельчатые» сопла, сопла спрямолинейной верхней стенкой) находят, восновном, применение в авиапромышленностипри изготовлении турбореактивныхдвигателей (ТРД). Автором предложена ещеодна область практического применениятаких сопел в качестве элементfконструкции горелочных устройств внагревательных, обжиговых и термическихпечах различного назначения.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»