ZESZYTY N A U K O W E POLITECHNIKI Ś LĄSKIEJ 1080
Seria: MECHANIKA z. 39 Nr kol. 10S7
SYMPOZJON "MODELOWANIE W MECHANICE"
POLSKIE TOWARZYSTWO MECHANIKI TEORETYCZNEJ I STOSOWANEJ Beskid Śląski, 1990
Mieczysław Świętochowski
Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechnika Wrocławska
BADANIA MODELOWE PALNIKA STRUMIENIOWO-WIROWESO
Streszczenie. W referacie przedstawiono nowa ale już sprawdzoną w warunkach eksploatacyjnych konstrukcję palnika przeznaczonego do spalania pyłu węglowego w piecach obrotowych.
Zamieszczono wyniki bada* przepływu strumienia swobodnego, formowanego przez palnik. przeprowadzonych na stanowisku doświ adczl nym.
1. Wętęp
Wiele pleców obrotowych praouJąoyoh w krejo wyposażonych jeet w proete,wr?oE prymitywna układy opalania. Jest to przyczyną s na os
try oh strat paliwa oras latotnyoh problemów ekeploataoyJuyoh. W li
tara tursa, szczególnie i opisów patantowyoh [}],snanyoh Jest kilka rozwiązań palników, których za a t os owsa 1 e mogłoby przy nielé poprawę, Jednak głównie za względów złożona J i oh btidowy nla znała zły pow
aż aohna go zastosowania. Dlatego na zleoenle ZGH 'Szklary* zaprojek
towano nową 1 oo ważno prostą konstrukoję palnika [2]. Na podsta
w ia analizy szozagólnyoh warnnków spalania pyłu. w piecu obrotowym /długa rura o stosunkowo nalej ¿radnia y / założono, ża strumień mie
szaniny pyłowo-powiatrznaj wypływaj ąoej z palnika powinien byó zbu
dowany z osiowo-aynatryoznago rdzenia o możliwia dnżaj prędkoioi oraz z wirującego plaróolaala na Jago obwodzie. Palnik taki zbudo
wano 1 wdrożono. Eksploatacja togo palnika dala zaskakująco pozy
tywna wyniki. Między innyal samlejszono zużycia paliwa a ponad 12}t, oo w afakoia dale oszozęttaoóó na jednym piecu 1000 t węgla w piar-
3 3 0 M. Świętochowski
wary* roku aksploataoji, 1100 t w drugim 1 1150 t « trzecim. T a pozytywna wyniki okaploataoji palnika zachęciły do przeprowadzenia b adań maJąoyoh na oaln opisania struktury przepływu formowanego przoz palnik.
2. Opla badanego palnika
Sobemat palnika 1 Jago zabudowy w układzie zasilania pleoa obrotowego przedstawiono na rys. ■'I* V układzie tym zastosowano Je
den, omioozozony oentralnle w gardzieli pieca,palnik atrumienio- wo-wirowy /uprzednio wdmuchiwano pyl dwiema rurami wprowadzonymi do gardzieli piooa).
Rys. 1. Palnik atrumieniowo-wirowy i eobemat Jago zabudowy w układzie zaailania piaoa obrotowego
1 - korpus rurowy, 2 - łopatki z a w i r o w u j ą c e
3,4 - kcnfuzorowa i dyfuzorowa ozężó głowicy palnika, 5 - piso obrotowy, 6 - obudowo gardzieli piooz,
7
- zbiornik pyłu, 8 - dozownik pyłu, 9 - wentylatorKształt głowicy palnika zapewnia lnlekoyjne zasysania z otoczenie gorąoego powietrza /ogrzanego w gardzieli piaoa przez wypalany wsad/, która przeplywająo przez zawlrowywacz nadaje ziarnom pyłu ruch obrotowo-postępowy, wydłużając ioh drogę spalania oraz powo- dująo wypełnianie ogniem całego przekroju piooa. Dzięki zawirowa
niu 1 prądom powrotnym gorąoago powietrza /któr e spełnia rolę po
w i e t r z a drogiego/ uzyskano stabilna, baz pulsacyjna i całkowita epalanie paliwa w pieon; ponadto palnik zapala alf łatwo i bezpie
cznie.
Badania model o w e palnika. 331
3* Badani« przepływa strawienia awo^ogiuago aa wodala p.l.ny.
Badania p r M p r o w a d m o n o aa modela palnika a y k a m a a y w skali 1:2,10. Podstawową oharaktsrystykę przepływa dla badanego palnika przedstawiono na rys. 2. Badania potwierdziły załokenla projakto
we . Wypływający strumień powietrza charakteryruja się Jednowymia
rowym rdzeniem, w którym występują maksymalna prędkośol osiowa i najmniajsaa olśnienie statyczne. Rdzeń t a n otoozony Jast wirnjąoya p lerś0 ieaieai za znaozną tendencją do J e g o rozszerzania się.
0 06 iO
0*0,15 m Wi = 25 m/s fo--0,48V<
$4*2,03 U
X/O--0 Op
.2,0 1S
V x ‘V7’U r~ pr t ^ » i ć o s i o w a , p r o m i e n i o w a i o b w o d o w a s t r u m i e n i a
*o ~ prę<jkeśó pow.X w korpusie rurowym
" sta
tyczna
V, - natężenia prze
pływu powietrza w przekroju i
Rys. 2. Charakterystyka strumienia swobodnego - palnik w we r s j i p o d s t a w o w e j
ąi profile prędkości osiowej w strumienie,
b) profil» składowych prędkości i olśni ani* statycz
nego w przekroju wylotowym palnika.
V całej ob Jętośoi strumienia ciśnienia statyczna Jest nikeze o d ciśnienie otoczenia, przy czym występuje gradient o l ś n i e n i a z a r ó w
n o wsdłuSjjafc i w poprzek strumienia. Badany strumień p o s i a d a saian-
n y w z d ł u t długośoi k ą t r o z w a r c i a . O wylotu wynosi o n około 3 8 ° . G r a n i c a s t r u m i e n i e w w y l o t u p r z y p o m i n a h i p e r b o l o l d ę o b r o t o w ą .
3 3 2
H . S u ± « ta c h o w a k i
Strumień posiada du ią zdolnoóć iuiekoyjnego zasysania masy a * • * » go otoozeola. I n H o t przepływu strumienia Jegv maaa nieprzerwanie
w a r aa ta. Bp. « przekroju odległy- o ¿ D od »»lotu Jego maaa wynosi
Hya. 3. C h a r a k t e r y s t y k a o t r u m i a n i a s w o b o d n e g o - olopazona w e r s j a p a l n i k a / o z n a c z e n i a J a k n a r y a . Z)
2 , 6 3 r a s y w i ę c e j o d m a s y p o w i e t r z a d o s t a r c z a n e g o p r z e * w e n t y l a t o r . P o w i e t r z e (Vz ) z a s s a n e p r z e z p a l n i k z o t o c z e n i a ( p o w i e t r z e w t ó r n e j d l a b a d a n e g o o k ł a d u s t a n o w i
32
# m a s y w y p ł y w a j ą c e j z p a l n i k a .Ponieważ w warunkach rzeczywlstyoh zasysa!» z otoczenia p a l n i k a p o w i e t r z e w t ó r n e Jest p o d g r z a n e d o temp. 200 - k00°C, ' k o r z y s
t a # z p u n k t u w i d z e n i a e k o n o m i k i s p a l a n i a b y ł o b y , S a b y J e g o i l o ó ó była m o S l i w i a d a t a . R ó w n i e * i m w i ę c e j doływe p o w i e t r z e drogiego
Badania modelowe palnika. 333
oraz im większa Jest jego prędkość wlotowa,tym strumień posiada intensywniejszy wir. Aby zbliZyć się bardziej do tego oeln, wpro
wadzono pewno zmiany w konstrukojl palnika, wykorzystując wyniki ba d ań podstawowego Jego wariantu. Wyniki badań oatataoznaj werajl palnika przedstawiono na rys. 3. Palnik tan rótni aię od wersji podstawowej tym, li do rurowego korpueu wbudowano dyszę oraz część konfazora głowicy zastąpiono walcem.
Profile prędkości 1 ciśnienia atetyoznego w strumienia wypływa
jącym z tak przebudowanego palnika Jakościowo nie różnią się od wersji podstawowej, Jednak występują tu zasadsioza rńtniee ilośoio- we. Składowa osiowa prędkości posiada zdeoydowane aakaiaes w osi strumienia i ostro maleje wzdłuż promienia. BównieZ w oai występuje bardzo duZo obniżenie olśnienia statycznego^oo powoduje, te stru
mi eń przysysa znaczne ilości powietrza za swego otoczenia (w przek
roju odległym o 2D od wylotu wynosi on Juz 3,6 razy więcej od po
wietrza podawanego przaz wentylator). V przekroju wylotowym z palni
ka występują tez znaczne wartości składowej promieniowej prędkości dzięki, której strumień ma tendenoje do znacznego rozszerzania aię (kąt rozwarcia strumienia u wylotu wynosi ok. 60°) . Równici inten
sywność wiru po obwodzie osiowogo rdzenie jest tu wyraźnie wyższa.
Wymienione o a c h y ;takie jak;dnZe podciśnienie w osi, znaczne pręd
kości odśrodkowe oraz obwodowe powodować muszą dnZą turbulencję s trumi e ni a,oo powinno sprayjać p r o o aaou i spalania pyłu.
k . Podsumowanie
Przedstawiona konstrukcja palnika posiada wszystkie podstawowe zalety palnika wirowego: podwyZaeone własności ejekoyjns, rozsze
rzone granice strumienia, intensywną turbnlentną wymianę masy, recyrkulację gorącego powietrza sprzyjającą stabilizacji spalania, i t p . , przy rachowaniu podstawowej własności palnika strumien!owe- go,to Jest znacznego zasięgu osiowego.
Z g o d n i e z wynikami badań doświadczalnych [ k ] struktura p r z e p ł y w ó w s w o b o d n y c h j e s t niezaleZne od lepkości, o ile nie Jest ona z b y t d u k a , a zatem przepływy podobne geometrycznie s ą p o d o b n e oczy
w i ś c i e p r z y d o s t a t e c z n i e d a Z y o h liczbach Reynoldsa. Zatem, pouieweZ s p e ł n i o n o p o w y Z s z s warunki, przyjęto, Ze otrzymana wyniki modna p r z e n o s i ć na o b i e k t rzeczywisty•
Pozytywna wyniki eksploatacyjne palnika porasaiają przypuszczać.
Ze opisans w pracy struktura strumlania formowanego przez badany palnik jest korzystna dla właściwej organizacji prooaau opalanie w pidon obrotowym.
3 3 4
M. Świętochowski
N a e ak o a S eB e n ia n a l e ż y p o d k r e ś l i ć , * • s t o s u n k o w o p r o s t e i t a n i a b a d a n i a m o d e l o w s d o s t a r c z y ł y i n f o n n a o j i d l a i s t o t n e g o u lep sE O - n i a k o n s t r u k o j i p a l n i k a .
l i t e r a t u r a
[
1
] A e t a i e d o s r R . B t A e r o d y n a a i k a E a k r u ó e n n o J s t r n i i . E n e r g i a , H o s k s y a 1 9 7 7 .[2] Ś w i ę t o c h o w s k i M . , G ł ą b i k R . : P a l n i k , z w ł a a E C E a do o p a l a n i a p i e o ć w o b r o t o w y o h . Z g ł o s B o u i e p a t e n t o w e P - 2 7 9 4 4 6 / 8 9 . [3 ] Opisy p s t o n t o w e PRL: 1 0 9 4 3 5 , 8 8 4 5 1 , 1 1 8 1 1 6 , 1 2 2 4 9 1 , 1 2 8 2 4 3 . [4 ] J e ż o w i e o k a - K a b s o h E . : Mechaniko plynćw, W r o o l a w 1 9 8 4 .
MOflEJIbHHE HCCREROBAHHa nPRMOTOHHO-BHXPEBOH rOPEJKM
Pe3Bwe
nowess^HO p»e3yjłt.TaTbi nccJienoBaHMH npouecca nBMxeHMii cBoóonHOit
3
aKpyMeHHoił CTpyrn c4)op>^*P<:>BaHHC>w ropejiKow o h o b o w KOHCTpyKUK.MODEL EXPERIMENTS OF SWIRL-STREAM BURNER
Summary
The results of experiments on flow of free swirl stream created by burner of new design have been presented.
