Experimental study of influence of tuyere belt design on thermal conditions of gasification chamber operation

Abstract

The work is devoted to investigation of dependence of gasification chamber service time on their operating temperature conditions. To investigate this, two, different in tuyere belt design, gasification chambers were used. A scheme of laboratory installation and a method of chamber wall temperature measurement are presented. Experiments were done to estimate the influence of parameters, such as the tuyere belt design of the gasification chamber, operation modes of the gasifier on the gasification chamber wall temperature. It was substantiated that high temperature of the chamber walls that reaches 1020 ºС, substantial temperature gradient of walls that in particular cases can reach 578 ºС and continued influence of high temperature combined with mechanical tension are the reasons of thermal tensions in the chamber walls and their strength decreasing. It was noticed that starting the gasifier is the most stressful operating mode because of maximal temperature gradient. Independently from the operational mode the most stressed sections of the gasification chamber are located in the tuyere belt and neck. Experiments proved that installing 10 tuyeres in two levels instead of 5 in one level resulted in more even temperature distribution in the chamber walls in tuyere plane. When we installed 10 tuyeres instead of 5, the temperature difference between the upper and narrow parts of the chamber in the vertical direction dropped from 490 ºС to 360 ºС for gas consumption of 68 m3•h-1. In the horizontal direction the maximal temperature difference in the tuyere belt, at gas consumption of 44 m3•h-1, was 215 ºС and 182 ºС, respectively. In summary it raised the chamber service time.

Робота присвячена дослідженню залежності часу служби газифікаційної камери від їх робочих температурних умов. Для дослідження були використані дві різні за конструкцією фурменних поясів камери газифікації. Схема лабораторного монтажу та спосіб вимірювання температури стінки камери представлений. Були проведені експерименти для оцінки впливу таких параметрів, як конструкція фурменного поясу камери газифікації, режими роботи газифікатора на температуру стінки газифікаційної камери. Обґрунтовано, що висока температура стінок камери, що досягає 1020 ºС, значний градієнт температури стін, який в окремих випадках може досягати 578 ºС, і тривалий вплив високої температури в поєднанні з механічним натягом є причинами теплового натягу в стінках камери та їх міцність зменшується. Було помічено, що запуск газифікатора є найбільш напруженим режимом роботи через максимальний градієнт температури. Незалежно від робочого режиму, найбільш напружені секції камери газифікації розташовані у фурменному поясі та горловині. Експерименти довели, що встановлення 10 фурм на двох рівнях замість 5 на одному рівні призвело до більш рівномірного розподілу температури в стінках камери у площині фурми. Коли ми встановили 10 фурм замість 5, різниця температур між верхньою та вузькою частинами камери у вертикальному напрямку знизилася з 490 ºС до 360 ºС при споживанні газу 68 м3•год-1. У горизонтальному напрямку максимальна різниця температур у фурменному поясі при споживанні газу 44 м3•год-1 становила 215 ºС та 182 ºС відповідно. Таким чином, це збільшило час обслуговування камери.

Работа посвящена исследованию зависимости времени службы камер газификации от температурного режима их эксплуатации. Для исследования были использованы две, различающиеся по конструкции фурменных поясов, камеры газификации. Представлены схема лабораторной установки и способ измерения температуры стенки камеры. Проведены эксперименты по оценке влияния таких параметров, как конструкция фурменного пояса камеры газификации, режимы работы газификатора на температуру стенки камеры газификации. Обосновано, что высокая температура стенок камеры, достигающая 1020 ºС, значительный температурный градиент стенок, который в отдельных случаях может достигать 578 ºС, и продолжающееся воздействие высокой температуры в сочетании с механическим напряжением являются причинами термических напряжений в стенках камеры и их сила уменьшается. Было замечено, что запуск газогенератора является наиболее напряженным режимом работы из-за максимального температурного градиента. Вне зависимости от режима работы наиболее напряженные участки камеры газификации расположены в фурменном поясе и горловине. Эксперименты показали, что установка 10 фурм на двух уровнях вместо 5 на одном уровне привело к более равномерному распределению температуры в стенках камеры в плоскости фурмы. При установке 10 фурм вместо 5 разница температур между верхней и узкой частями камеры по вертикали упала с 490 ºС до 360 ºС при расходе газа 68 м3•ч-1. В горизонтальном направлении максимальный перепад температур в фурменном поясе при расходе газа 44 м3•ч-1 составил 215 ºС и 182 ºС соответственно. Таким образом, увеличилось время обслуживания камеры.