Котлоагрегаты

ТП 170

Другие объекты

Разное


Designed by:
Joomla Templates

Описание технологического процесса


Назначением каждого топливосжигающего устройства является превращение химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания и использование последней для передачи другим рабочим телам в парогенераторах с превращением в механическую энергию в газовых турбинах и для создания тяги в реактивных двигателях и т. д. В парогенераторах топливосжигающее устройство - камерная топка одновременно является теплообменным устройством, в котором до 50% всего выделяющегося тепла передается рабочему телу - пару и воде.
Основой процесса горения топлива в камерной топке являются химические реакции его горючих элементов с кислородом, причем эти реакции протекают в потоке и в сложных условиях в сочетании с рядом физических процессов, накладывающихся на основной химический процесс. Такими процессами являются: движение подаваемых в топочную камеру составляющих горючую смесь газовых и твердых или жидких диспергированных веществ в системе струй и потоков в ограниченном пространстве топочной камеры с развитием вторичных, в том числе и вихревых, течений, в совокупности образующих сложную структуру аэродинамики топки; конвективный перенос, турбулентная и молекулярная диффузия исходных веществ и продуктов реакции в газовом потоке, а при сжигании твердых и жидких топлив также перенос газовых реагентов к диспергированным частицам; передача тепла, выделяющегося в ходе химических реакций, в газовом потоке и от газовой среды к экранным поверхностям, размещаемым в топочной камере. Каждый из этих процессов, даже в условиях отсутствия химических источников тепла, является сложным, а их исследование еще не полностью решенной самостоятельной задачей.
Процесс сжигания в топочных устройствах энергетических парогенераторов связан с подготовкой топлива и окислителя к сжиганию и сопровождается сопутствующими явлениями. Например, при сжигании твердых топлив последние подвергаются сушке и размолу, а воздух, применяемый как окислитель - высокому нагреву. Сопутствующими процессами, в частности, являются шлакование топочной камеры и образование на конвективных поверхностях нагрева связанных отложений, а при сжигании мазутов - образование токсичных окислов и коррозия экранных поверхностей. Образование токсичных окислов наблюдается также при сжигании природных газов и относительно сухих каменных углей.
Топочный процесс усложнен по сравнению с собственно процессом горения и включает также процессы, связанные с поведением минеральной части топлива при горении и с протеканием явлений, сопутствующих горению.
Процесс горения является нестационарным по интенсивности, кинетике и динамике протекания химических и физических процессов и в топочной камере ограничен весьма кратким временем пребывания в ней горючей смеси. В камере сгорания процессы протекают в условиях непрерывного изменения полей температур, концентраций, скоростей и химического состояния реагирующих веществ. В этих условиях процесс математически может быть описан сложной системой нелинейных дифференциальных уравнений. Аналитическое решение этих уравнений с учетом всей сложной совокупности явлений процесса горения в условиях, близких к топочным, не представлялось возможным. Вынужденно принимаемые упрощения вносили существенные искажения в получаемые результаты, которые зачастую расходились с практикой топливосжигания.
Одной из основных задач теории горения является изучение роли физических процессов (массо- и теплообмена, характера движения газов, аэродинамики, теплового и воздушного режимов топки) в протекании химических реакций горения для того, чтобы физические процессы организовать таким образом, чтобы они наиболее благоприятствовали протеканию реакций горения и топочного процесса в целом.
Поэтому наряду с изучением природы и свойств топлива, а также кинетики химических реакций горения при исследовании топочных процессов следует обращать особое внимание также на физику горения и учитывать условия протекания сопутствующих явлений.
За последние 30—40 лет теория горения получила широкое развитие как в части изучения отдельных стадий, так и общих вопросов сложного физико-химического процесса горения и превратилась в самостоятельную науку. В теорию горения и топочных процессов значительный вклад внесен работами академиков Н. Н. Семенова, Я. Б. Зельдовича, член-корр. АН СССР А. С. Предводителева, Л. Н. Хитрина, проф. Д. А. Франк-Каменецкого, Г. Ф. Кнорре, Б. В. Конторовича, В. В. Померанцева, Л. А. Вулиса и др.
Однако развивающаяся теория горения из-за своей сложности, в значительной мере связанной с затруднениями в получении аналитических решений, а также недостаточной разработки применительно к топочным устройствам, мало применялась в практических задачах сжигания топлив, расчета и проектирования топочных устройств. В разработке новых топочных устройств преобладали опытный подход и интуитивные решения. Обычно рассчитывались воздушный и тепловой баланс и основные габаритные размеры топки на основе опытных данных по допустимому тепловому напряжению объема и сечения топочных камер. Достаточно обстоятельно была разработана методика теплового расчета топки.