Технические науки. Энергетика

Д.ф.-м.н. Аскарова А.С., PhD Болегенова С.А., PhD Максимов В.Ю.,

Габитова З.Х., Ергалиева А.

Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Казахстан

Горение пылеугольного топлива в топочной камере сгорания

реального энергетического объекта

Термохимическая подготовка пылеугольного топлива к сжиганию реализуется в соответствии со следующим механизмом. Аэросмесь подается через пылепровод к горелке. По традиционной схеме аэросмесь подается в горячую топку «холодной» (Т~350 К), в которой она нагревается и воспламеняется. Если горелка оснащена плазмотроном, то аэросмесь нагревается плазменным факелом в объеме горелки до выхода в топку. При этом выделяются летучие угля и газифицируется коксовый остаток. Продукты газификации и летучие начинают окисляться кислородом первичного воздуха аэросмеси, что приводит к дополнительному нагреву реагирующего потока аэросмеси. При этом углерод газифицируется до СО, а не до СО₂, благодаря существующему коэффициенту избытка воздуха в аэросмеси (0,3-0,5 от стехиометрического соотношения)[1-5].

Результатов вычислительных экспериментов традиционного горения угля в топочной камере котла ПК-39, Аксуйской ГРЭС, с установленными в нем вихревыми горелками и горения угля, термохимически газифицированного, на котле ПК-39, Аксуйской ГРЭС, оборудованном плазменно-топливными системами.

На рисунках 1 представлено поле вектора полной скорости в поперечном сечении камеры сгорания Z = 7,32 м (рис.1) для случаев, когда установлены 4, 6 и 12 плазменно-топливных систем в сравнении со случаем, когда в топочное пространство поступает обычный пылегазовый поток (рис.1а). В объеме топки потоки двухкомпонентного высокореакционного топлива, полученного с помощью плазменной активации, распространяются в соответствии с законами аэродинамики и являются тепловым источником для аэросмеси, подаваемой через горелки, не оснащенные системами плазменного воспламенения. Таким образом, используя одну и ту же угольную пыль в объеме топки мы имеем два вида топлива: традиционное (аэросмесь) и электротермохимически подготовленное к интенсивному сжиганию.

(а) обычное горение (б) 4 плазменно-топливные системы

(в) 6 плазменно-топливных систем (г) 12 плазменно-топливных систем

Рисунок 1 - Поле вектора полной скорости в сечении горелок нижнего яруса

Z = 7,32 м

Анализ полученных полей скорости показывает, что активация пылеугольного потока оказывает значительное влияние на поле течения: на распространение реагирующей струи в объеме топки, процессы подмешивания в струе, на размеры, форму пламени. Наглядно заметно различие в распределении пылеугольных потоков, поступающих в топку через обычные горелки и через плазменно-топливные системы (ПТС). Основной причиной изменения в распределении скоростей в топочном пространстве является увеличение скорости поступающей в камеру сжигания топливной смеси (высокореакционное топливо + вторичный воздух). С увеличением числа термохимически активированных потоков (4, 6, 12 плазменных горелок) ядро факела смещается к центру симметрии топочной камеры и мы наблюдаем более четкую границу движения потоков из горелок, оснащенных плазматронами.

Литература:

1. Аскарова, А.С., Локтионова, И.В., Мессерле, В.Е. и др. Трехмерное моделирование 2-х ступенчатого сжигания экибастузского угля в топочной камере котла ПК-39 Ермаковской ГРЭС // Теплоэнергетика. - 2003. - №8. - C.22-26.

2. Устименко Б.П., Джакупов К.Б., Кроль В.О. Численное моделирование аэродинамики и горения в топочных и технологических устройствах. – Алма–Ата: Наука, 1986. – 224 с.

3. 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.

4. Lendt B. Numerische Berechnung der Stickoxidkonzentration in Kohlenstaubflammen – Ein Vergleich unterschiedlichner Reactionsmodelle: Fortschritt–Berichte VDI–Verlag. – 1991. – Reiche 6, №254. – 195 s.

5. Launder B., Spalding D. The numerical computation of turbulent flows // Comp. Meths. Appl. Mech. Eng. – 1974. – Vol.3. – Р.269–289.