Аэродинамические характеристики низконапорных регулируемых горелок судовых котлов

• Автор: Санников, Дмитрий Иванович
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Глава 1. Характеристики топочных устройств судовых котельных установок

1.1 Основные понятия, назначение и требования

1.2 Классификация топочных устройств по типу форсунки

1.3 Классификация топочных устройств по типу воздухонаправляющего устройства

1.4 Основные процессы и характеристики факела за топочным устройством

1.5 Коррозионная агрессивность продуктов сгорания и экологические характеристики топочных устройств

1.6 Постановка задачи исследования

Глава 2. Экспериментальная установка

2.1 Описание экспериментальной установки

2.2 Описание горелки НРГ и ее принципа действия

2.3 Планирование экспериментов

2.3.1 Обработка результатов измерений
2.2.2 Определение погрешностей результатов измерений
Глава 3. Экспериментальные результаты
3.1 Классификация струй
3.2 Определение параметра крутки
3.3 Аэродинамика однофазного потока
3.3.1 Аэродинамика прямоточной струи
3.3.2 Аэродинамика закрученной струи
3.4 Аэродинамика двухфазного потока
3.5 Коэффициент аэродинамического сопротивления горелки без впрыска топлива
3.6 Коэффициент аэродинамического сопротивления горелки с впрыском
топлива
Глава 4. Методика расчета низконапорной регулируемой горелки
Заключение
Список использованной литературы

Сжигание тяжелых высокосернистых, высоковязких и дешевых топлив в судовых котлах связано с большими техническими трудностями. Присутствие в составе сжигаемых мазутов значительных количеств сернистых соединений, ваннадия и натрия приводит к загрязнению поверхностей нагрева трудноудаляемыми и коррозионноактивными отложениями, уменьшению теплопередачи, повышению газодинамического сопротивления парогенератора. Присутствие в мазуте воды и не возможность ее сепарации усложняет топливоподготовку в части нагрева топлива до требуемых значений, и способствует вероятности образования водотопливной смеси с последующим взрывом газов в газоходах котлов. Все это в различной степени снижает надежность и затрудняет нормальную эксплуатацию судовых котельных установок.
По многочисленным отечественным и зарубежным исследованиям, наибольший эффект в преодолении части указанных трудностей при сжигании тяжелых топлив дает метод его стехиометрического сжигания. Являясь следствием правильной организации топочного процесса, этот метод в техническом отношении требует качественной подготовки. В судовых условиях организация работы котла в режиме сжигания топлива с малыми избытками воздуха (при условиях, близких стехиометрическим) является сложной задачей, и требует значительной изученности явлений распыливания, смесеобразования и горения в объеме топочного пространства.
Топки судовых главных и вспомогательных котлов отличаются меньшим объемом по сравнению со стационарными котлами, поэтому обладают высокими значениями теплового напряжения, более 1 МВт/м3, что предопределяет высокие требования к топочным устройствам. Эффективность
работы судового котла с низким избытком воздуха связана в первую очередь с высоким качеством распыливания топлива и равномерным распределением воздуха и топлива в объеме топки, так как эти два фактора в конечном итоге и определяют размеры факела и полноту сгорания. Само же качество распыливания и смесеобразования зависит от совершенства конструкции топочного устройства. Косвенно это совершенство определяется коэффициентом избытка воздуха при сгорании топлива. Для топочных устройств стационарных котлов с низкими значениями теплового напряжения топки коэффициент избытка воздуха составляет величину менее 1,05. Это достигается в первую очередь тем, что процесс догорания топлива осуществляется в газовой части факела, при котором светящаяся часть факела занимает только часть объема топочного пространства. В топках судовых котлов с высоким тепловым напряжением, при котором весь объем топки занят светящимся факелом, и отсутствует зона газовой части, как правило, коэффициент избытка воздуха составляет величину от 1,15 до 1,3. Это указывает на недостатки топочных устройств, не позволяющих создать стехиометрические условия для завершения процесса сгорания топлива в объеме топки. Существенным препятствием на пути решения вопросов стехиометрического сжигания топлива является слабая изученность процессов, сопровождающая процесс сгорания в топке. Аналитические подходы к решению таких вопросов отсутствуют вследствие недостаточной изученности аэродинамики двухфазных потоков.
Для повышения надежной долговечной и экономичной работы судовых котлов необходимо разрабатывать топочные устройства, которые позволяли бы сжигать высоковязкие и агрессивные мазуты с количеством воздуха, близким к теоретически необходимому для сгорания, при обеспечении удовлетворительного распыливания и смесеобразования независимо от
Расход воздуха, определяемый на всасывании вентилятора, определяется по формуле
= 0 V/« • Р = д/2 -Р1-Р •
где Iу’вх - динамическое давление, измеряемое на всасывании вентилятора, Па,
р”вх - плотность воздуха во всасывающем патрубке вентилятора, определяемая с учетом температуры окружающего воздуха /в, кг/м3; с1вх - внутренний диаметр всасывающего патрубка, м.
Живое сечение для прохода воздуха через горло горелки рассчитывается по формуле

где с!г - внутренний диаметр горла горелки, м;
<1ф - диаметр жидкостного ствола форсунки, расположенного в горле горелки, м.
Массовый расход воздуха С ”е, кг/с, через горелку определяется в виде
где со ”, - скорость воздуха в измеряемой точке на срезе горла, м/с;
/і - площадь кольца, поперечного сечения потока, м2. р ”/ — плотность воздуха, с учетом температуры, м3/кг.
Скорость воздуха со’), м/с, в измеряемой точке на выходе из сопла горелки определяется по формуле