Диссертация (1143428), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Из проведенного на основе отечественного и зарубежного опыта анализа механизмов образования и методов подавления вредных веществ в топках парогенераторов следует, что одними из наиболее опасных загрязнителей, выбрасываемых котельными агрегатами, наряду с бенз(а)пиреномС20Н12, являются оксиды азота (NОx) и серы (SOx).2. В общем случае концентрация NOх в продуктах сгорания (СNOx) зависит от температурного уровня процесса горения, времени пребывания продуктов сгорания в зоне максимальных температур, концентрации кислородаи содержания связанного азота в топливе, а концентрация оксидов серы(СSOx)  от содержания серы в рабочей массе топлива и ряда факторов, определяющих технологию сжигания.3. Наиболее перспективны технологические методы уменьшения образования вредных веществ при сжигании, которые, не требуя значительныхкапитальных затрат, могут обеспечивать приемлемые концентрации загрязнителей в уходящих газах.1433 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫРАСЧЕТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕНЕРАЦИИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ВИХРЕВОМСЖИГАНИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА3.1 Модель процесса горения твердого топлива в низкотемпературнойвихревой топке.

Концепция. Основные положенияВ связи с созданием и внедрением в энергетику России крупных теплоэнергетических установок с высокими параметрами пара, усложнением их технологических схем и режимов эксплуатации, повышением требований к ихэкономичности, надежности и экологическим показателям с одновременнымвовлечением в топливных баланс отечественной энергетики все более широкойгаммы низкосортных топлив на стадии проектирования остро проявляется необходимость выполнения сложных расчетных исследований, которые невозможно провести в короткие сроки без применения современных компьютерови методов математического моделирования [503...508].

Необходимость решения аналогичных задач в полной мере относится и к топочному оборудованиюТЭС [509, 510], что делает использование методов математического моделирования при проектировании топок котельных агрегатов весьма перспективным.Означенный подход позволяет рассматривать объект в реальном масштабе, вкороткие сроки изменять геометрию топки, характеристики топлива, ориентацию действия горелочных струй и их параметров, оперативно производитьоценку влияния сделанных изменений на эффективность работы энергетического оборудования, его экологические показатели [511, 512]. С развитиемкомпьютерной техники появилась возможность вводить в рассмотрение всебольшее число определяющих факторов и оценивать их влияние на интенсивность образования загрязнителей и на топочный процесс в целом.

В последниедесятилетия в мировой практике при создании новой котельной техники всеболее широко используются методы математического моделирования, моделии программы для экспертных расчетов процессов в топке, позволяющие оценить эффективность и влияние различных технических и режимных факторов.Это значительно снижает трудоемкость и повышает надежность обоснованиятехнических решений. Такой подход особенно необходим при разработке новых технологий сжигания и оптимизации топочных процессов.В общем случае система дифференциальных уравнений, описывающихтопочный процесс в низкотемпературной вихревой топке, включает в себяуравнения изменения температуры газового потока и частиц топлива, испаре-144ния влаги, выхода и горения летучих веществ, выгорания углерода кокса,движения и термо-пневморазрушения горящих частиц с учетом переменностиво времени их размера и массы и может быть записана следующим образом:Qл dCлгcлТ ч dCлв cвлТ ч dWdTг σ0 aф Sc6Nuλг44(T ср Tг ) (Tг  Tч ) ;d  Vсм cсмVсмcсм d  Vсм 02ч cсмVсмcсм d  Vсм cсм d dTч σ0 aч 6NuλгcлТ ч dCлв ( r  свлТ ч ) dW44(T ср Tч )  2(Tг  Tч ) ;d  0ч cч0ч cсмcч d cчddW6Nu г (Т г  Т м )W m 2;d 0 ч r ( A   W m )dCлвCлв  вл Cн 1  л  k0л exp(  Eлв / RTч ) ;d Cн (3.1)dCлгг (Cлв  Cлг )k0лexp( Eлг / RTг ) ;dk  д 6MG  p  0, 21V 0  0, 21Vк0 (Gн  G )dG;d  k   д к 0к  RT Vгk   dmdVчmч  P i  (W p  Vч ) ч ,d  i 1dгде Nu – критерий Нуссельта; г – коэффициент теплопроводности газов; ч –плотность топливных частиц; сл и свп – теплоемкость летучих и водяных паров;ссм – средняя теплоемкость смеси; 0 – коэффициент излучения абсолютночерного тела; аф – степень черноты топочных газов; Sс – поверхность струи, отнесенная к одному килограмму сухой пыли; Тч – температура частиц топлива;Свл и Сгл – количество выделившихся и сгоревших летучих; W – количество испарившейся из частиц влаги; сч – теплоемкость частиц топлива; ач – степеньчерноты частиц;  – коэффициент облучения частиц; r – теплота испарения воды; R  универсальная газовая постоянная; Сгл – концентрация сгоревших летучих; kг0л и Егл – предэкспоненциальный множитель и энергия активации горения летучих; Тм – температура мокрого термометра; А, , m – кинетическиекоэффициенты сушки частиц; к – плотность коксовых частиц;   коэффициент избытка воздуха; V0 и V0к – теоретические количества воздуха, необходимые для сгорания соответственно 1 кг топлива и 1 кг кокса; Gн – начальная145масса кокса; 0к – начальный размер коксовых частиц; k – константа скоростигорения углерода кокса; д – коэффициент диффузионного обмена;р  парциальное давление; mч – масса топливной частицы; V – скорость частицы;Pi  силы, действующие на частицу в потоке; Wp – реакция отбрасываемых масс.Начальные условия для системы (3.1):  = 0; Тг = Тсм; Тч = Тч.0; Слв = 0;Слг = 0; W = Wн; ч = ч0 .Для анализа процессов генерации и преобразования вредных продуктовгорения в НТВ-топке систему уравнений необходимо дополнить зависимостями генерации оксидов азота и серы, учитывая процессы взаимодействияоксидов азота с углеродом кокса, а оксидов серы – с компонентами СаО иMgO минеральной части топлива или вводимыми присадками.Сложность процесса горения полифракционного топлива в НТВ-топке(особенно горения дробленого топлива) и невозможность решения единойсистемы дифференциальных уравнений, приводят к необходимости разделять процесс на отдельные блоки, включая: сложную аэродинамику НТВтопки; стадийный процесс горения частиц топлива полифракционного состава; их разрушение под воздействием высоких температур и ударных напряжений; генерацию и разложение оксидов азота в процессе многократнойциркуляции; реагирование оксидов серы с компонентами CaO и MgO золытоплива или присадок.3.1.1 Аэродинамическая картина течений в НТВ-топкеДвижение твердой фазы в топочной камере промышленного котлоагрегата определяется аэродинамикой как всей топочной камеры в целом, так и ееотдельных зон.

Вид поля скоростей газового потока в значительной степенивлияет на условия воспламенения и выгорания топлива, на теплообмен между горящими частицами топлива и потоком газа, на теплопередачу от факелак ограждающим топку поверхностям нагрева. В настоящее время практически все мощные паровые котлы сжигают твердое топливо в пылевидном состоянии, что позволяет рассматривать движение только газовых потоков сравномерно распределенной в них твердой мелкодисперсной фазой, имеющей малую объемную концентрацию ( < 104).

В этом случае считается, чтотраектории частиц практически совпадают с траекториями газовых потоков,и наличие второй фазы учитывается увеличением плотности газового потока.Однако такой подход оказывается неприемлемым при расчете аэродинамики146НТВ-топочных камер, в которых траектории частиц топлива пересекают другдруга, не совпадая с траекториями (линиями тока) газового потока, и гранулометрический состав топлива определяет вид течения в НВЗ. Сложность аэродинамической картины течений в НТВ-топке не позволяет описать ее с помощью существующих методик. Ввиду этого для проведения расчетов процесса горения была разработана модель аэродинамической картины течения вНТВ-топочной камере без учета влияния твердой фазы.

Анализ возможностиприменения существующих методик для расчета аэродинамической картиныдвижения газо-топливных потоков в НТВ-топке [511...515] показал, что наиболее удобной для этой цели является декартова система координат.Рисунок 3.1 – Расчетная модель котла ПК-24 ст.

№ 9 Иркутской ТЭЦ-10В процессе решения задачи рассмотрена НТВ-топка котла ПК-24 ст. № 9 Иркутской ТЭЦ-10 (ИТЭЦ-10), расчетная модель которого показана на рисунке 3.1.147Топка котла разбивается на ряд характерных зон (рисунок 3.2), каждаяиз которых описывается своими закономерностями движения аэродинамических потоков.I  зона струи нижнего дутья.Рассматривается полуограниченнаяструя НД.

Для расчета используютсязависимости (таблица 3.1), полученные в [34, 513] для случая “настильного” режима течения при исследованиях горячей аэродинамики топкиVкотла ПК-24. “Настильный” режимоказывается более экономичным посравнению с “фонтанирующим”, прикотором из-за возникновения пульсаций мгновенной скорости в струе НДвозрастает вынос частиц топлива изНВЗ, что увеличивает потери с мехаIVническим недожогом.IIIII – вихревая зона  зона циркуляции; примем для ее расчета модельIквазитвердого тела: (R)ВЗ = const.IIIII – зона развития горелочной струи.IV – верхняя вихревая зона(ВВЗ); модель квазитвердого тела (R)ВВЗ = const.V – вихревая зона под верхнимкозырьком; модель квазитвердого теРисунок 3.2 – Зоны течения потоковв НТВ-топке котла ПК-24 ИТЭЦ-10:ла – (R)ВВВК = const.I  струя нижнего дутья; II  нижняяВ зоне III траектория осесимметвихревая зона; III  горелочная струя;ричной неизотермической струи вIV  верхняя вихревая зона; V  вихрьпод верхним козырькомсносящем потоке может быть рассчитана по следующим зависимостям:по эмпирической зависимости Ю.В.

Иванова [516...518]28.1526.1424.1322.1220.1118.116.0914.0812.0610.058.046.034.022.010023.995.997.981,32 c (273 / Tc )Wc2   ax  axay 195    ctg ,2 D(273/T)WDD00  0(3.2)148где  – угол атаки; D – диаметр сопла; х – расстояние от среза сопла; а – коэффициент неравномерности поля скоростей на выходе из сопла (для круглой всечении струи а = 0,07...0,08). Уравнение (3.2) справедливо при 45    135 ипри 12  0W20 / сW2с  1000 (или 0,00145  cW2c / 0W20  0,08);Таблица 3.1 – Выражения для расчета параметров струи НДОбозначениеДля “настильного” режимаln W m 0,142( ln W m )0,546YWm/b00.16x  2,9нар(Y0,5Wm  YWm ) b00,14x  1,5вн(Y0,5Wm  YWm ) b00,11х  2,5Общая толщина восходящего потока НВЗ0,43х  1,3Профиль скорости наружной частиполуограниченной струи НД(теория Прандтля-Шлихтинга)wнар3/ 2W   Y  YW m   1Wm   Y н  YW m  Внутренняя часть струи НД Y YWWmwвн  1  0,5 YWmY0,5WmWmНаименованиеИзменение максимальной относительнойскорости вдоль оси струиКоордината максимума скоростиПолутолщина наружной части струиПолутолщина внутренней части струи22,3по эмпирической зависимости Г.С.

Характеристики

Список файлов диссертации