Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ПРИМЕНЕНИЕ 3-D МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ О ГОРЕНИИ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ФАКЕЛА НА ПРИМЕРЕ РЕАЛЬНОЙ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ БКЗ-160

Авторы:
Город:
Алматы
ВУЗ:
Дата:
10 марта 2016г.

Исследования сложных процессов тепломассопереноса, происходящих в высокотемпературных средах, в которых имеют место различные физико-химические процессы, и прежде всего горение являются актуальными на сегодняшний день. Такие исследования имеют большое практическое значение при создании новых технологий рационального и экологически чистого получения энергии. Одной из важнейших задач теории горения является поиск альтернативных путей для разработки новых, наиболее производительных методов интенсификации сжигания топлива. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент - позволяют оптимально решать научные и проектно- конструкторские задачи (совершенствование, проектирование новых котельных агрегатов; модернизация горелочных устройств; разработка систем многоступенчатого горения топлива и т.д.) [1-4].

Для решения уравнений математической модели горения пылеугольного факела был использован метод контрольного объема (МКО). Одним из важных свойств метода контрольного объема является то, что в нем заложено точное интегральное сохранение таких величин, как масса, количество движения и энергия на любой группе контрольных объемов и, следовательно, на всей расчетной области. Это свойство проявляется при любом числе узловых точек, а не только в предельном случае очень большого их числа. Таким образом, даже решение на грубой сетке удовлетворяет точным интегральным балансам. Вычислительные эксперименты на реальной энергетической установке камеры сгорания котла БКЗ- 160 Алматинской ТЭЦ- 3 были проведены с помощью стартового пакета программ FLOREAN[3-4].

Этот пакет программ был использован для основы численных исследований и был дополнен нами новой компьютерной программой GEOM, которая пишется всегда при выборе нового объекта исследования (топочная камера), с учетом геометрии, размеров горелочных устройств, их формы и расположением в пространстве камеры сгорания. В этой компьютерной программе учитываются все характеристики сложного реального физико- химического процесса в выбранном нами объекте исследования и задаются граничные условия для решения выбранной задачи исследования, адекватно отражающие этот процесс.

Математическая модель задачи о горении пылеугольного факела основана на уравнениях динамики сплошных сред.

Одним из ключевых этапов построения математической модели было использование подхода, предложенного Рейнольдсом. Суть, которого заключается в представлении мгновенных значений параметров потока в виде суммы осредненной величины (например, статистически стационарного течения по времени) и ее пульсационной составляющей. Применяя процедуры осреднения, мы получим новые незамкнутые корреляции (так называемые рейнольдсовые напряжения). Для описания двухфазных течений и течений с горением была принята модель с двумя дифференциальными уравнениями, модель k-ε:


В настоящей работе проведен вычислительный эксперимент по горению угля в камере сгорания реального

промышленного энергетического котла БКЗ-160, Алматинской ТЭЦ-3. Установленная электрическая мощность ТЭЦ-3 – 173 МВт, тепловая – 335,26 Гкал/ч. На ТЭЦ-3 установлено 6 котельных агрегатов БКЗ-160, паропроизводительность каждого из которых 160 т/час. По боковым сторонам топочной камеры расположены 4 блока прямоточных щелевых горелок (по 2 горелки в блоке), направленных по касательной к окружности диаметром 60х4 с шагом 64 мм. Производительность одной горелки по топливу составляет 4 т/ч. Расход вторичного воздуха через горелку составляет V=6000 нм3/ч при коэффициенте избытка воздуха α=0,38. Температура подогрева вторичного воздуха составляет t=380оС. Угольная пыль подается в горелки горячим воздухом. Расход воздуха на транспорт пыли на одну горелку составляет V=4850 нм3/ч. Коэффициент избытка первичного воздуха составляет α=0,3. Балансовая температура аэросмеси на выходе из горелки составляет t=250оС. Площадь поперечного сечения канала аэросмеси F=0,105м2, что обеспечивает скорость аэросмеси на выходе из горелки W1=25 м/с. Соотношение скоростей вторичного и первичного воздуха составляет W2/W1=1,64. Коэффициент избытка воздуха в горелках составляет αг = α1  + α2  = 0,68.



На  Рисунках  1-6  представлены  распределения  компонент  полной  скорости   в поперечных сечениях камеры сгорания БКЗ-160. Рисунки 1,3,5 показывают распределения компонент полной скорости u,v,w соответственно в сечениях, которые приходятся на нижний ярус горелок (k=32, h=4.81 м). Рисунки 2,4,6 – на выходе из камеры сгорания (k=102, h=20,96м).

Длина стрелок-векторов показывает величину компонент скорости, их направление указывает направленность движения всего потока. Подтверждением, смоделированного в данном исследовании, аэродинамики течения потока скорости с тангенциально установленными горелочными устройствами являются труды [5,6,8].

Распределение компонент вектора полной скорости отчетливо складывает картину течения: места расположения горелочных устройств, в какой области, и с какой скоростью происходит завихрение потока. Как видно из Рисунков 1-6 в центральной области камеры сгорания происходит объемное завихрение потока благодаря тангенциально установленным горелкам. Это, несомненно, улучшает процесс горения, снижает мехнедожег топлива, ввиду того, что угольные частицы дольше находятся в горящем потоке. Цветной фон графиков позволяет нам с очень большой точностью указать в выбранной области скорость потока. Как видно из графиков, картины распределения векторов скорости течения в центральной области расположения горелочных устройств отличается от картины распределения на выходе из горелочного устройства. Достижение экстремальных теплофизических и концентрационных характеристик достигается именно в центральной области камеры.

На выходе из камеры сгорания (Рисунок 2,4,6) наблюдается выравнивание поля скоростей, вихревой характер течения ослабевает.

Как видно  их Рисунков 7,8, где представлены картины распределения давления по высоте топочной камеры, заметно, что в области нижнего яруса горелок давление сильно отличается от области на выходе из камеры сгорания. Это достаточно логично, учитывая, что в области расположения горелок происходит интенсивное смешение топлива и окислителя. По мере удаления от этой области горелок давление монотонно убывает, что отражает реальное поле давления в топочных камерах промышленных котлов [6,7].

Применение 3-D моделирования для решения задачи о горении пылеугольного топлива является неотъемлемой частью современных исследований. В результате данного исследования проведено исследование сложных аэродинамических характеристик в камере сгорания котла БКЗ-160 реального энергетического объекта Алматинская ТЭЦ– 3. В центральной области камеры сгорания наблюдается сильное увеличение давления – это обусловлено максимальными значениями скорости в этой области.

 

Список литературы

1       A.S. Askarova, E.I.Karpenko, I.V. Loktionova, V.E.Messerle, A.B.Ustimenko. Optimization of the Combustion of Power-Station Coals Using Plasma Technologies.//Thermal Engineering. Vol.51. – No 6. – 2004. - 488-4 93

2       Müller H. Numerische Berechnung dreidimensionaler turbulenter Strömungen in Dampferzeugern mit Wärmeübergang und chemischen Reactionen am Beispiel des SNCR–Verfahrens und der Kohleverbrennung: Fortschritt–Berichte VDI–Verlag. –1992. – Reiche 6, №268. – 158 s.

3       Leithner, R. Numerical Simulation. Computational Fluid Dynamics CFD: Course of Lecture. – Braunschweig, 2006. - 52 p.

4       Askarova, A.S., Lavrichsheva, Ye.,Leithner, R., Müller, H., Magda, A. Combustion of low-rank coals in furnaces of Kazakhstan Coal-firing Power Plants // VDIBerichte. – 2007. – №1088. – P.497-502.

5       Виленский Т.В., Хзмалян Д.М. Динамика горения пылевидного топлива. – М.: Энергия,1978. – 275 с.

6       Хзмалян Д.М. Теория топочных процессов. М.: Энергоатомиздат,1990-352 с.

7       Алияров Б.К. Освоение сжигания экибастузского угля на тепловых электростанциях. – Алматы.: Гылым,1996. – 272

8       Устименко Б.П.,Алияров Б.К., Дорошин Г.А., Шишкин А.А.Исследование и реконструкция топки котла ПК-39 под тангенциальную компоновку прямоточных горелок. Научный отчет КазНИИ Энергетики, Алматы. – 1989.- № 0187006172.-80 с.