Оценка условий сжигания высоковлажного непроектного топлива в камерной топке на основе численного моделирования

Abstract

Актуальность исследования обусловлена рядом проблем топливно-энергетического комплекса, в первую очередь исчерпанием запасов проектного топлива для многих тепловых электрических станций, возрастанием затрат на привозное топливо, включая эксплуатационные издержки, а также задачами ориентирования региона на использование своих собственных возможностей. Цель исследования: предпроектный подбор характеристик высоковлажного бурого угля Таловского месторождения Томской области, при которых возможно судить о реализации его эффективного сжигания в котлах большой мощности посредством проведения численного моделирования процессов в топке котла при нескольких вариантах влажности исходного топлива, а также о необходимости реконструкции системы пылеприготовления и сохранении существующей компоновки горелочных устройств. Сравнение полученных результатов при представлении физико-химических процессов, протекающих при сжигании проектного и непроектного топлива, способствует развитию базы для проведения исследований при существующих технологиях сжигания твердого топлива в энергетических котлах. Методы исследования: численное моделирование в специализированном пакете прикладных программ FIRE 3D на основе эйлеро-лагранжева подхода, метод конечных разностей, «k-e» модель турбулентности, P1-приближение метода сферических гармоник, нормативный метод теплового расчета котлов. Результаты: получены распределения температурных полей в топочном объеме, концентрации кислорода, твердых частиц, аэродинамическая структура потока. Создана основа для сравнительных исследований существующей технологии сжигания твердого топлива применительно к местному низкосортному углю. Выводы: наиболее эффективное сжигание достигается при влажности рабочей массы таловского угля на уровне 30 %, что необходимо учитывать при исследовании различных технологий и продуктов сжигания.

Relevance of this research is due to the number of issues of the fuel and energy complex, first of all to depletion of project fuel for many thermal power plants, increase of the cost of imported fuel, including operating costs, and tasks of focusing the region on the use of its own capabilities. Goal of the research: pre-project selection of characteristics of high-humidity lignite from Talovsky deposit on the basis of which we can assess the capabilities of its efficient burning in high power boilers by using numerical simulation of processes in the boiler furnace at several variations of moisture content in original fuel, and consider the necessity of reconstruction of the system of dust preparing, and the reduction of existing layout of burners. Comparison of chemical and physical processes flowing at the combustion of project and non-project fuel helps to develop the base for researches with current technologies of combustion of solid fuel. Research technique: numerical simulation in specific application package FIRE 3D based on Euler-Lagrangian approach, finite-difference method, «k-e» turbulence model, P1-approximation spherical-harmonic method and on normative method of thermal design of boilers. The results: allocation of temperature fields in furnace volume, oxygen and solids concentration, aerodynamic structure of flow were obtained. The basis for comparative research of existing technology of solid fuel burning, especially for local low-grade coal, was established. Findings: peak maximum efficacy of burning is at humidity of the working mass of Talovsky coal about 30 %, this fact should be considered at research of different technologies and burning products.