Процессы сжигания в камерной топке с тангенциально закрученным вихрем

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью анализа топочных процессов в котельных агрегата с вертикальным вихрем при организации сжигания пылеугольного топлива с повышением экологических параметров посредством установки сопел третичного дутья. Несмотря на безуглеродную политику в современной энергетике, уголь остается одним из основных источников энергии, поэтому реконструкция котельных агрегатов с целью снижения вредных выбросов является весьма актуальной. Цель: исследование аэродинамики и процессов горения пылеугольного топлива в объеме топочной камеры котельного агрегата с тангенциальной компоновкой горелочных устройств при организации схемы сжигания с третичным дутьем. Объекты: камерная топка с вертикальным вихрем котельного агрегата мощностью 150 МВт при организации схемы сжигания с добавление сопел третичного дутья. Методы. Применен Эйлерово-Лагранжев подход для численного исследования характеристик потока, процессов теплопередачи и горения в топке с тангенциальной компоновкой горелок. Для численных расчетов использовались: k-ε-модель турбулентности газа при взаимодействии частиц с турбулентностью, диффузионная модель дисперсии частиц, метод радиационного моделирования P-1 и модель горения частиц пылевидного угля, основанная на глобальной кинетике частиц и экспериментальных данных. Результаты. Получены зависимости концентраций продуктов сгорания, температуры, гидродинамики при сжигании кузнецкого угля марки Д в топочной камере с тангенциальной компоновкой горелок, спроектированной под бурые угли, а также при установке сопел третичного дутья. Выявлено недостаточное перераспределение воздуха между горелками и соплами третичного дутья, поскольку для поддержания стабильной закрутки вертикального вихря и соответственно наличия высоких значений скоростей на выходе из горелочных устройств не представляется возможным увеличение доли третичного воздуха без реконструкции горелок. Также установлена слабая вовлеченность в теплообмен объема топочной камеры ниже горелок.

Relevance. The need to analyze the furnace processes in boiler units with vertical vortex when arranging pulverized coal combustion with the enhancement of environmental parameters through the installation of tertiary blast nozzles. Despite the carbon-free policy in modern power engineering coal remains one of the main sources of energy, so the reconstruction of boiler units in order to reduce harmful emissions is very relevant. Aim. To study aerodynamics and combustion processes of pulverized coal fuel in the furnace chamber of a boiler unit with a tangential arrangement of burner devices using a combustion scheme with tertiary air blowing. Methods. The Eulerian-Lagrangian approach was applied to numerical study of flow characteristics, heat transfer and combustion in a furnace with a tangential burner arrangement. Also, k-ε model of gas turbulence, particle-turbulence interaction, diffusion model of particle dispersion, P-1 radiation modeling method and pulverized coal particle combustion model based on global particle kinetics and experimental data were used for numerical calculations. Results. Based on numerical calculations and analysis, the dependences of combustion product concentrations, temperature, hydrodynamics at combustion of Kuznetsky coal grade D in the furnace chamber with tangential arrangement of burners for brown coal, as well as at installation of tertiary blast nozzles have been obtained. Insufficient redistribution of air between burners and tertiary nozzles is revealed, as for maintenance of stable twist of vertical vortex and accordingly presence of high values of velocities at the outlet of burner devices it is not possible to increase the portion of tertiary air without reconstruction of burners. It is also established that the volume of the furnace chamber below the burners is poorly involved in heat exchange.