Численное исследование влияния избытка первичного воздуха на процессы горения в топочной камере энергетического котла с многоканальными вихревыми горелками

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью поиска оптимальных решений по организации сжигания полифракционного пылеугольного топлива на действующих и новых тепловых электрических станциях с учетом снижения выбросов вредных веществ, в частности оксидов азота. За последнее десятилетие значительно выросли экологические требования, направленные на регулирование выбросов от угольных электростанций в атмосферу, которые были спроектированы в целях повышения тепловой эффективности. В настоящее время проблема совершенствования экологических параметров ТЭС в России обостряется тем, что большинство действующих станций не удовлетворяют современным экологическим нормам и требованиям. Цель: установить влияние организации сжигания твердого топлива на топочные процессы при минимальной возможной модернизации действующего парового котла с использованием низкоэмиссионных горелочных устройств. Объекты: топочная камера энергетического котла в проектном исполнении и в варианте с заменой проектных горелочных устройств на низкоэмиссионные. Методы. Численное исследование проведено с использованием пакета прикладных программ Ansys Fluent v.12.1. Математическое моделирование физико-химических процессов в топочной камере на основе Эйлеро-Лагранжева подхода, который позволяет выявить главные взаимодействия процессов переноса частиц. Математические модели горения угольной пыли с кинетическими параметрами заданы и включены в код в качестве пользовательских функций. Результаты. Разработана математическая модель на основе пакета прикладных программ с качественным представлением сложных физико-химических процессов в объеме топочной камеры. Дана оценка возможности организации сжигания каменного угля в низкоэмиссионных горелочных устройствах с учетом оптимального соотношения первичного и вторичного воздуха без изменения установочных углов лопаточных заверителей. В данном исследовании установлено снижение концентрации оксидов азота на 14 % при замене проектных двухканальных вихревых горелочных устройств на низкоэмиссионные.

The relevance. It is necessary to find optimal solutions for organizing the combustion of polyfractional pulverized coal fuel, taking into account the reduction of emissions of harmful substances, in particular nitrogen oxides, at existing and new thermal power plants. Currently, the problem of increasing the environmental parameters of thermal power plants in Russia is very acute, since most of the existing plants do not meet modern environmental standards and requirements. The aim of the research is to determine the impact of the organization of solid fuel combustion using low-emission burners with possible modernization on combustion and to assess the possibility of efficient combustion by increasing the rate of primary air. Object: furnace chamber of the power boiler in the design version and with the replacement of the design burners with low-emission ones. Method. The numerical study was performed using the Ansys Fluent V.12.1 software package, mathematical modeling of physical and chemical processes - in a furnace chamber based on Euler-Lagrangian approaches. Result. A mathematical model is developed based on a package of application programs with a qualitative representation of complex physical and chemical processes in the volume of the furnace chamber. The estimation of the possibility of organizing the burning of Ekibastuz coal in low-emission burners with the optimal ratio of primary and secondary air without changing the installation angles of the blade swirlers is given.