Рис.2. Схема размещения горелок и управления пульсаторами.
8 - горелки; 10 - пульсаторы; 11,12 - сельсины; 13 - двигатель постоянного тока; 14 - выпрямитель; 15 – вольтметр; 16, 17, 26 - трансформаторы РНО-250; 25 - электрический запальник
Аэродинамический питатель (7) представляет собой полый сосуд в форме перевернутой четырехгранной пирамиды. В нижний патрубок через диспергатор подается воздух от вентилятора. Сверху из бункера через барабанный питатель (18) подается пыль. Образующаяся пылевоздушная смесь через симметрично расположенные боковые патрубки отводится к горелкам. Количество подаваемой пыли регулируется числом оборотов питателя. Вращение барабана питателя производится двигателем постоянного тока (19).
Для зажигания воздушно-пылеугольной смеси применялась следующая методика. Была смонтирована линия для подачи горючей смеси паров бензина с воздухом, которая включала воздуходувку ВЛ-1 (22), баллон с бензином (23), соединительные линии и кварцевую трубку (24), через которую смесь вводилась в топочное пространство. Для зажигания паров бензина применяли электрический запальник (25) (нихромовую нить), запитываемую от РНО-250 (26). Отсос топочных газов производился через трубопровод (27) в дымовую трубу (28) высотой 15 м, так, что общая высота от уровня днища печи составляла 20м. При нагрузке 20 кг угля/час и соответствующем расходе воздуха труба создает достаточное разрежение.
Контроль температуры производится двумя стационарными хромель-алюмелевыми термопарами (29) с потенциометрами КСП-3 (30) и одной переносной хромель-алюмелевой термопарой (31) с потенциометром КСП-4 (32), при помощи которой можно контролировать температуру в любом необходимом месте внутреннего пространства печи. Измерение статического и динамического давления в трубах и расходов воздуха проводили с помощью трубки Прандтля и микроманометра ММН-10 на выходе из вентилятора, перед горелками и на выходе из печи.
Разогрев топочного пространства производили в следующем порядке. Вначале при помощи электрических спиралей прогревали топку до 400° С. Затем при помощи вспомогательного бензинового факела поджигали воздушно-пылеугольную смесь. При этих условиях внутреннее пространство печи прогревалось до температуры 800° С за время 25+30 мин.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В экспериментах использовали кузнецкий уголь марки 1СС с характеристиками: Wp=9%, Ap=18,2%, Spk=0,3%, Cp=61,5%, Hp=3,7%, Np=1,5%, Ор=5,8%, низшая теплотворная способность топлива =5700 ккал/кг (24 МДж/кг), выход летучих на горючую массу VT=30%,
Как было отмечено в работе [15], на процесс воспламенения воздушно-пылеугольной смеси решающее влияние оказывает выход и горение летучих. Поэтому для осуществления активного воспламенения необходимо ускорение процесса за счет выхода и сгорания летучих, Чем быстрее это происходит, тем быстрее растет температура в начальный момент зажигания и горения пылеугольного факела.
Для исследования динамики изменения температуры в момент зажигания факела применялась следующая методика. Для создания квазистационарных условий и уменьшения влияния радиационного охлаждения факела стенками топки перед началом каждого опыта топочную камеру прогревали до 950-1000° С, затем прекращали подачу угольной пыли и подавали только холодный воздух. При этом топочное пространство быстро остывает. После охлаждения камеры до 800° С операцию прогрева и охлаждения повторяли.
Рис.3. Зависимость скорости нарастания температуры от частоты пульсаций: 1-2 пульсатора; 2-4 пульсатора
.
Эксперименты проводили в два этапа. На первом этапе было поставлено два пульсатора на диагональных горелках. Частоту пульсаций изменяли в диапазоне от 3 до 9 Гц. Опыты на этом этапе проводили в диапазоне температур от 700° С до 800° С на расстоянии 2-5 см от стенок камеры. В процессе подачи воздушно-пылеугольной смеси непрерывно фиксировали температуру в центре топки при помощи термозонда и потенциометра КСП-4. На втором этапе были включены все четыре горелки, а частоту меняли в пределах от 2 до 10 Гц. При этом температура у стенки менялась от 800° С до 900° С. Необходимо отметить, что вблизи нижней границы частот пульсаций наблюдалась некоторая асинхронность в работе пульсаторов.
Результаты экспериментов приведены на рис. 3. Видно, что и при двух, и при четырех пульсаторах максимальная скорость роста температур наблюдается в районе 7 Гц, что полностью подтверждает результаты лабораторных испытаний [15]. Таким образом, можно утверждать, что частота 7 Гц является оптимальной для зажигания факела в исследуемом частотном интервале.
Это вполне объяснимо в рамках предположения, что при наложении низкочастотных вынужденных пульсаций в определенные моменты времени достигается оптимальное соотношение между топливом и воздухом. Возможно, при этом происходит также более интенсивная рециркуляция топочных газов к корню факела и, как следствие, уменьшение длины факела.
ВЫВОДЫ
- Разработан и изготовлен стенд для полупромышленного огневого моделирования.
- Проведены испытания зажигания и горения воздушно-пылеугольной смеси при наложении на эти процессы низкочастотных пульсаций.
- Показано, что при наложении низкочастотных пульсаций улучшается зажигание за счет того, что в определенные моменты времени достигается оптимальное соотношение между топливом и воздухом. Максимальный эффект наблюдается при пульсациях 7-8 Гц.
ЛИТЕРАТУРА
- Бабкин Ю.Л., Жирнов B.C. Пульсационная интенсификация горения пылеугольного факела // Пульсационное горение: Матер, к научно-техн. конф. Челябинск: Изд-во ВоФ ВТИ, 1968. С. 31-35.
- Подымов В.Н., Северянин B.C., Щелоков ЯМ. Прикладные исследования вибрационного горения. Казань: Изд-во КазГУ, 1978. 132 с.
- Исследование влияния низкочастотных пульсаций на аэродинамику турбулентной неизотермической струи / Н.П. Мурахвер, З.П. Сакипов, М.Б. Хожателев, Л.П. Ярин // Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Вып. 7. Алма-Ата: Изд-во Наука, 1971. С. 189-195.
- Кузнецов О.А., Ярин Л.П. Исследование влияния низкочастотных пульсаций на аэродинамику газового факела // Теория и практика сжигания газа. Вып. 5. Л.: Изд-во Недра, 1972. С. 53-56.
- Вулис Л.А., Ярин Л.П. Аэродинамика факела. Л.: Энергия, 1978. 216 с.
- Кацнельсон Б.Д., Северянин B.C., Лысков В.Я. Исследование пульсирующего горения твердого топлива // Пульсационное горение: Матер, к научно-техн. конф. Челябинск: Изд-во ВоФ ВТИ, 1968. С. 43-49.
- Бухман СВ., Крылова Н.П. Исследование влияния пульсации скорости на горение мелких угольных частиц // Пульсационное горение: Матер, к научно-техн. конф. Челябинск: Изд-во ВоФ ВТИ, 1968. С. 59-65.
- Северянин B.C. Горение частицы топлива в пульсирующем потоке // Изв. ВУЗов. Энергетика. 1975. № 6. С. 144-147.
- Северянин B.C. О сжигании твердого топлива в пульсирующем потоке //Теплоэнергетика. 1969. № 1. С. 6-8.
- Северянин B.C., Кацнельсон Б.Д. Горение частицы твердого топлива в пульсирующем потоке // Физика горения и взрыва. 1970. Т. 6, № 2. С. 157-162.
- Гусев Л.Н. Анализ влияния пульсаций подачи топлива на процесс горения // Энергомашиностроение. 1974. № 3. С. 23-25.
- Сорокин B.C. Пульсирующее дутье в доменном процессе // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1967. № 1.
- Экомасов С.П., Фонберштейн Л.М. Камера детонационного сжигания // Физика горения и взрыва. 1970. Т. 6, № 3.
- Исатаев СИ., Тарасов СБ. О воздействии на струю акустического поля, направленного вдоль оси струи. // Известия АН СССР. Сер. Механика жидкости и газа. 1971. № 2.
- Волков В.И., Сеначин ПК., Утемесов М.А. Влияние низкочастотных пульсаций на процесс воспламенения воздушно-пылеугольной смеси. // Проблемы энергетики. 2000, №3-4 (в печати).
- Утемесов М.А., Утемесов Р.M. Влияние прерывателя потока на течение вязкой несжимаемой среды в цилиндрической трубе. // Известия АГУ. 2000. №1. С. 19-21.
- Горение натурального твердого топлива // А.Б. Резняков, И.П. Басина, СВ. Бухман, М.И. Вдовенко, Б.П. Устименко. Алма-Ата: Изд-во Наука, 1968. 410 с.
- Бухман СВ. Механизм зажигания пылеугольного факела. // Известия АН. Каз. ССР. Сер. Энергетическая. Вып. 2/22. 1962.
- Бухман СВ., Найбургер Н.В. Расчет времени выхода летучих в свободном осесимметричном монодисперсном пылеугольном факеле // Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Вып.З. Алма-Ата: Изд-во Наука, 1966. С. 59-63.
- Резняков А.Б. Условия огневого моделирования пылеугольных топочных устройств.
// Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Вып.6. Алма-Ата: Изд-во Наука, 1972. С. 3-15.
Резняков А.Б. Моделирование тепловых и химико-технологических процессов и устройств. Алма-Ата: Изд-во Наука, 1979. 72с.
Мигай В.К. Моделирование теплообменного энергетического оборудования. Л.: Энергоатомиздат, 1987.264 с.