Усовершенствованная методика расчета выгорания топлива в пылеугольных топках

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложена усовершенствованная методика инженерного расчета степени выгорания пылевидного твердого органического топлива в факельных топках паровых котлов, учитывающая кинетику процессов испарения влаги, выхода летучих веществ с раздельной оценкой индивидуальных газообразных компонентов и смоловыделения и их горения, вторичного крекинга смол, горения и газификации коксового остатка, превращения минеральной части топлива, что позволяет обеспечить оценку и контроль выполнения материальных балансов отдельно взятых этапов, стадий и в целом всего брутто-процесса горения угля, и в конечном счете адекватное определение величин тепловых потерь с механической и химической неполнотой горения. Разработаны методические положения по учету кинетических и диффузионных процессов термохимического превращения углей для установления количественной взаимосвязи между температурно-временными характеристиками выгорания пылеугольных частиц и локальными параметрами топочного процесса. Методика реализована в виде специализированного алгоритмического и программного обеспечения и позволяет выполнять оценку степени выгорания топлива как для зоны активного горения, так и для зон, расположенных в камере охлаждения топочного пространства при проведении проектных и режимно-наладочных работ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Бойко

Сибирский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: EBoiko@sfu-kras.ru
Россия, Красноярск

С. В. Пачковский

Сибирский федеральный университет

Email: p-sv@mail.ru
Россия, Красноярск

К. В. Лебедев

Сибирский федеральный университет

Email: konstantin.lebedev.2000@gmail.com
Россия, Красноярск

Список литературы

  1. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). Изд. 3-е, перераб. и дополнен. СПб.: НПО ЦКТИ, 1998. С. 257.
  2. Померанцев В.В. Основы практической теории горения / В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др. Л.: Энергоатомиздат, 1986. С. 312.
  3. Проектирование топок с жидким шлакоудалением (руководящие указания и дополнения к нормативному методу теплового расчета котельных агрегатов) / Под ред. Ю.Л. Маршака, В.В. Митора. М.: ВТИ, 1983. С 102.
  4. Проектирование топок с твердым шлакоудалением (руководящие указания и дополнения к нормативному методу теплового расчета котельных агрегатов) / Под ред. В.В. Митора, Ю.Л. Маршака. Л.: ЦКТИ, 1981. С. 118.
  5. Бабий В.И. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела / В.И. Бабий, Ю.Ф. Куваев. М.: Энергоатомиздат, 1986. С. 209.
  6. Hanbaba P. Nichtisoterme Reactionskinetik der Kohlenpyrolyse / P. Hanbaba, H. Juntgen, W. Peters // Brenstoff-Chemie, 1968. № 49. P. 368–376.
  7. Шатиль А.А. Расчетная оценка устойчивости факельного горения твердых топлив в топке котлов // Теплоэнергетика, 1990. № 4. С. 2–6.
  8. Вулис Л.А. Тепловой режим горения. М.–Л.: Госэнергоиздат, 1954.
  9. Nsakala N., Patel R.L., Borio R.W. An Advanced Methodology for Prediction of carbon loss in Commercial Pulverized Coal-Fired Boilers. ASME / IEEE Joint Power Generation Conference // Combustion Engineering, Windsor, TIS-8211 Portland, Oregon, 1986. P. 867–882.
  10. Варнатц Ю., Маас У., Диблл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. Пер. с англ. Под ред. П.А. Власова. М.: Физматлит, 2003. С. 352.
  11. Бойко Е.А., Пачковский С.В. Диффузионно-кинетическая модель горения и тепломассобмена пылеугольных частиц в газовом потоке // Химия твердого топлива, 2008. № 6. С. 3–13.
  12. Бойко Е.А. Реакционная способность энергетических углей // Красноярск: ИПЦ СФУ, 2011. C. 606.
  13. Виленский Т.В. Динамика горения пылевидного топлива: (исследования на электронных вычислительных машинах) / Т.В. Виленский, Д.М. Хзмалян. М.: Энергия, 1978. С. 248.
  14. Бойко Е.А., Страшников А.В. Теоретическое обобщение и развитие математического аппарата неизотермической кинетики // Известия РАН. Энергетика, 2021. № 2. С. 97–118.
  15. Шатиль А.А. Топочные процессы и устройства (исследования и расчет) / А.А. Шатиль. СПб.: АООТ «НПО ЦКТИ», 1997. С. 183.
  16. Бойко Е.А., Страшников А.В. Кинетика термохимического превращения твердого топлива при высокоскоростном нагреве // Известия РАН. Энергетика, 2021. № 4. С. 103–126.
  17. Бойко Е.А., Пачковский С.В., Шишмарев П.В., Ровенский Д.П., Янов С.Р. Программно-вычислительный комплекс для расчета выгорания и теплообмена в пылеугольных топках паровых котлов. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2008613017. 2008 г.
  18. Бойко Е.А., Пачковский С.В., Вольнев В.Н., Сургутский Д.В. Имитационный динамический тренажер для отработки процессов в топочных устройствах паровых котлов // Теплоэнергетика, 2022. № 4. С. 81–92.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Механизм термохимического превращения пылеугольной частицы применительно к широкому классу технологических процессов и устройств

Скачать (205KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчетная схема кинетических процессов термохимического превращения твердого органического топлива

Скачать (271KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость στ от времени воспламенения частицы бородинского угля за время пребывания частицы в зоне активного горения топки котельного агрегата БКЗ-320-140 при d0: ○ – 100 мкм; ∆ – 200 мкм; ◊ – 400 мкм; □ – 600 мкм; и: (а) ϑг: 1 – 1600°С; 2 – 1400°С; 3 – 1200°С при α = 1.2; Ар = 5%; (б) a: 1 – 1.3; 2 – 1.2; 3 – 1.1 при ϑг = 1400°С; Ар = 5 %; (в) Ар: 1 – 15%; 2 – 10%; 3 – 5% при ϑг = 1400°С; a = 1.2

Скачать (95KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение среднеинтегрального показателя превышения температуры частицы θ (°С) в зависимости от диаметра частиц: ϑг = 1200°C, a = 1. 1 – Ар = 0%; 2 – Ар = 4%; 3 – Ар = 6%; 4 – Ар = 10%; 5 – Ар = 26%; 6 – Ар = 30%

Скачать (84KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Алгоритм позонного расчета степени выгорания пылеугольного факела в топках паровых котлов

Скачать (447KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменение механической q4 химической q3 неполноты сгорания частицы от времени ее пребывания в топочной камере при dч (мкм): 1 – 100; 2 – 200; 3 – 400; 4 – 600; ϑф = 1400°С, a = 1.2 и Ар = 5%

Скачать (78KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость механической неполноты сгорания топлива от коэффициента избытка воздуха на выходе из зоны активного горения: сплошная линия – расчет; эксперимент: (а) ○ – ϑф = 1200°С; □ – ϑф = 1400°С; ∆ – ϑф = 1600°С при Ар = 5%; (б) ○ – Ар = 15%; □ – Ар = 10%; ∆ – Ар = 5 % при ϑф = 1400°С

Скачать (97KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость величины механического недожога от тонкости помола и температурного уровня в зоне активного горения котла БКЗ-320-140: (а) – ϑзаг = 1510°С; (б) – ϑзаг = 1486°С; коэффициент полидисперсности, n: × – 0.9; – 1.0; ∆ – 1.1; ○ – 1.2; • – 1.3

Скачать (102KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость степени выгорания и температуры газов на выходе из зоны активного горения котла БКЗ-320-140 от тонкости помола бородинского угля с учетом раздельной оценки длительности процессов горения топлива: × – βсг, %; о – ϑзаг, °С

Скачать (67KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Изменение: (а) степени выгорания топлива; (б) химической неполноты сгорания; (в) диаметра частицы бородинского угля от времени пребывания в топочной камере котла БКЗ-320-140 при α = 1.2, Ар = 5%, d0 = 250 мкм и ϑф: –– расчет; эксперимент: ○ – 1200°С; □ – 1400°С; ∆ – 1600°С

Скачать (96KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Изменение концентрации оксида углерода и водорода за время пребывания частицы в топочной камере котла БКЗ-320-140. Расчет: СО – сплошная линия и Н2 – пунктирная линия; эксперимент: ○ – ϑф = 1200°С; □ – ϑф = 1400°С; ∆ – ϑф = 1600°С при Ар = 5%, α = 1.2

Скачать (75KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Схемы разбивки топок на расчетные зоны: (а) – БКЗ-210-100; (б) – БКЗ-320-140; (в) – БКЗ-420-140; (г) – БКЗ-500-140; (д) – П-67

Скачать (423KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Сопоставление расчетных (сплошная линия, 1 – БКЗ-210-100; 2 – БКЗ-320-130; 3 – БКЗ-500-130; 4 – П-67) и экспериментальных значений (маркер) степени выгорания угля от величины 1/qv

Скачать (93KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024