С – коэффициент сопротивления при внешнем обтекании частицы, зависит от числа Рейнольдса. В слоевых топках размер частиц топлива 20-30 мм и более.

Процесс в кипящем слое. При увеличении скорости дутья создаваемая потоком подъемная сила может достигнуть значения, равного силе тяжести частиц, и устойчивость частиц в слое нарушается: соответствующая этому скорость дутья называется критической. С дальнейшим увеличением интенсивности дутья начинается «кипение» слоя.

В кипящем слое скорость дутья превышает предел устойчивости плотного слоя, однако средняя скорость газа в топке над слоем далека от скорости витания основной массы частиц, т.е. скорости, при которой частицы оказываются взвешенными в потоке.

Частицы топлива совершают в слое возвратно-поступательное движения до тех пор, пока их масса не уменьшится настолько, что они выносятся из слоя газовым потоком и догорают в потоке газов над слоем

, (6.3)

где W_c – действительная скорость потока в слое, м/с;

W_n – действительная скорость потока над слоем, м/с.

При этом W_n< W_c.

Факельный прямоточный процесс. При скорости газового потока в топочной камере, превышающей скорость витания частиц, последние оказываются взвешенными в газовоздушном потоке и вместе с ними начинают перемещаться, сгорая в полете в пределах топочной камеры. Такой топочный процесс называют факельным.

, (закон Стокса) (6.4)

где d_ч – диаметр частицы, м;

m – динамическая вязкость газовой среды, Н·с/м²;

W_n – скорость потока в камере, м/с.

Факельным процессом осуществляется сжигание газообразного и жидкого топлив. Газообразное топливо поступает в камеру вместе с воздухом через специальное устройство – горелку. При прохождении через топочную камеру газовоздушная смесь сгорает.

Вихревой (циклонный) процесс:

. (6.5)

При циклонном процессе в отличие от факельного частица циркулирует по организованному обтекаемому контуру столько, сколько необходимо для ее сгорания или выносится в камеру догорания. Циркуляция газового потока в циклонной топке сопровождается организацией на внутренней ее поверхности за счет центробежных сил подвижного слоя, подверженного интенсивному обдуванию. В результате имеют место интенсивное выгорание частиц топлива, а также весьма эффективная сепарация жидкого шлака. В циклонной камере улавливается 80-95% золы топлива. При циклонном процессе время пребывания и интенсивность обдувания частицы газовоздушным потоком увеличивается, поэтому здесь могут быть использованы более крупные частицы.

Скорость выгорания углерода, кг/(м³ ·с)

(6.6)

где R_p – результирующая константа скорости реакции, м/с;

C – концентрация окислителя, кг/м³;

S_V – относительная поверхность топлива в единице объема топки, занятого горящим топливом, м²/м³.

Величина R_p зависит от температурного уровня процесса и размеров сжигания частиц.

Показатели работы топочных устройств

Показателями работы топочных устройств являются:

– обеспечение заданной топливной мощности котла;

– надежность в условиях длительной эксплуатации;

– безопасность и простота в обслуживании;

– минимальные потери от химического и механического недожога;

– возможность изменения нагрузки котла;

– достаточно высокие технико-экономические показатели и низкий расход энергии на собственные нужды;

– возможность применения резервного топлива.

Основные показатели:

– пригодность топки для данного вида топлива

– тепловая производительность

; (6.7)

– коэффициент избытка воздуха на выходе из топки

– потеря теплоты от хим. и мех. неполноты сгорания

– видимая обьемная плотность тепловыделения в топке

; (6.8)

– видимая плотность теплового потока зеркала горения

; (6.9)

– видимая плотность теплового потока, через сечения топки площадью F

. (6.10)

– доля золы, уносимой газами из топки ;

– параметры воздуха (перед топкой) t, p.