Оптимизация схемы сжигания кузнецкого тощего угля с использованием прямоточных горелочных устройств и сопел с твердым шлакоудалением
Ключевые слова:
топочная камера, прямоточные горелки, ступенчатое сжигание, численное моделирование, кузнецкий тощий каменный уголь, численное моделирование шлакования экранов
Аннотация
Приведены результаты исследований и оптимизации аэродинамики топочного объема с применением прямоточных горелочных устройств для топочных камер с твердым шлакоудалением при сжигании угля Кузнецкого угольного бассейна марки Т (тощий). Исследования выполнены с помощью комплекса вычислительной гидрогазодинамики (ВГД) ANSYS Fluent.
Даны рекомендации для разработки схем сжигания твердого топлива при применении прямоточных горелочных устройств и сопел, методика проведения исследований и оптимизации аэродинамики топочного объема. Сформулированы критерии оптимизации, выбраны исходные данные для проведения исследования.
Разработана схема компоновки прямоточных горелочных устройств и сопел в общем виде (в относительных размерах). Проведено разбиение схемы на три зоны по высоте с последующей поэтапной оптимизацией положения горелок и сопел каждой зоны. Выбрано оптимальное количество вертикальных плоскостей расположения горелок и сопел. Применена разработанная математическая модель отложения шлака на топочные экраны для оценки вероятности их шлакования.
По результатам проведенной оптимизации схемы сжигания твердого топлива получены высокие показатели работы топочной камеры.
Литература
1. ИТС 38—2022. Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии.
2. Государственный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2019 г. М.: Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации, 2020.
3. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. Кузнецова Н.В. и др. М.: Энергия, 1973.
4. ГОСТ Р 50831—95. Установки котельные. Тепломеханическое оборудование. Общие технические требования.
5. Архипов А.М., Липов Ю.М., Прохоров В.Б. Использование прямоточных горелок и сопл в топках котлов: инновационный опыт МЭИ. М.: Изд-во МЭИ, 2013.
6. Волков Э.П. и др. Исследование аэродинамики топки котла ТПП-210А при переводе его на твердое шлакоудаление и организации вихревого сжигания топлива // Теплоэнергетика. 2018. № 10. С. 21—28.
7. Prokhorov V.B., Fomenko M.V., Fomenko N.E. Solid Fuel Combustion Processes Modelling in the Furnace in Terms of the Boiler K-50-14-250 // J. Phys.: Conf. Series. 2020. V. 1683(4). P. 042050.
8. Ansys Fluent Iser’s Guide. Canonsburg: ANSYS Inc., 2012.
9. Ansys fluent Theory Guide. Canonsburg: ANSYS Inc., 2011.
10. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. М.: Физматлит, 2006.
11. Ranade V.V., Gupta D.F. Computational Modeling of Pulverized Coal Fired Boilers. Boca Raton: CRC Press, 2014.
12. Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы. М., Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005.
13. Вербовецкий Э.Х. и др. Методические указания по проектированию топочных устройств энергетических котлов. СПб.: ВТИ ЦКТИ, 1996.
14. ГОСТ 28269—89. Котлы паровые стационарные большой мощности. Общие технические требования.
15. Архипов А.М. и др. Эффективность использования прямоточных горелок и сопл при реализации твердого шлакоудаления в топке котла ТПП-210А // Теплоэнергетика. 2017. № 2. С. 63—70.
16. Архипов А.М. и др. Повышение эффективности сжигания Кузнецкого угля в прямоточном вихревом факеле // Надежность и безопасность энергетики. 2015. № 3(30). С. 50—55.
17. Fomenko M.V., Prokhorov V.B., Fomenko N.E. Investigation of the Direct-flow Burners and Nozzles Arrangement at the Direct-flow-vortex Coal Combustion in a Furnace with Solid Slag Removal // J. Phys.: Conf. Series. 2021. V. 2088(1). P. 012015.
18. Клименко А.В., Зорин В.М. Тепловые и атомные электростанции. М.: Издат. дом МЭИ, 2007.
19. Соколов Н.В и др. Расчет и проектирование пылеприготовительных установок котельных агрегатов (нормативные материалы). Л.: НПО ЦКТИ, ВТИ, 1971.
20. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). СПб.: РАО «ЕЭС России», 1998.
---
Для цитирования: Фоменко М.В., Прохоров В.Б., Фоменко Н.Е. Оптимизация схемы сжигания кузнецкого тощего угля с использованием прямоточных горелочных устройств и сопел с твердым шлакоудалением // Вестник МЭИ. 2023. № 4. С. 72—79. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-4-72-79
---
Работа выполнена при поддержке: гранта Российского научного фонда (грант № 22-19-00722), https://rscf.ru/project/22-19-00722/
#
1. ITS 38—2022. Szhiganie Topliva na Krupnykh Ustanovkakh v Tselyakh Proizvodstva Energii. (in Russian).
2. Gosudarstvennyy Doklad o Sostoyanii i Ispol'zovanii Mineral'no-syr'evykh Resursov Rossiyskoy Federatsii v 2019 g. M.: Ministerstvo Prirodnykh Resursov i Ekologii Rossiyskoy Federatsii, 2020. (in Russian).
3. Teplovoy Raschet Kotel'nykh Agregatov (Normativnyy Metod). Pod red. Kuznetsova N.V. i dr. M.: Energiya, 1973. (in Russian).
4. GOST R 50831—95. Ustanovki Kotel'nye. Teplomekhanicheskoe Oborudovanie. Obshchie Tekhnicheskie Trebovaniya. (in Russian).
5. Arkhipov A.M., Lipov Yu.M., Prokhorov V.B. Ispol'zovanie Pryamotochnykh Gorelok i Sopl v Topkakh Kotlov: Innovatsionnyy Opyt MEI. M.: Izd-vo MEI, 2013. (in Russian).
6. Volkov E.P. i dr. Issledovanie Aerodinamiki Topki Kotla TPP-210A pri Perevode Ego na Tverdoe Shlakoudalenie i Organizatsii Vikhrevogo Szhiganiya Topliva. Teploenergetika. 2018;10:21—28. (in Russian).
7. Prokhorov V.B., Fomenko M.V., Fomenko N.E. Solid Fuel Combustion Processes Modelling in the Furnace in Terms of the Boiler K-50-14-250. J. Phys.: Conf. Series. 2020;1683(4):042050.
8. Ansys Fluent Iser’s Guide. Canonsburg: ANSYS Inc., 2012.
9. Ansys fluent Theory Guide. Canonsburg: ANSYS Inc., 2011.
10. Varnatts Yu., Maas U., Dibbl R. Gorenie. Fizicheskie i Khimicheskie Aspekty, Modelirovanie, Eksperimenty, Obrazovanie Zagryaznyayushchikh Veshchestv. M.: Fizmatlit, 2006. (in Russian).
11. Ranade V.V., Gupta D.F. Computational Modeling of Pulverized Coal Fired Boilers. Boca Raton: CRC Press, 2014.
12. Lipov Yu.M., Tret'yakov Yu.M. Kotel'nye Ustanovki i Parogeneratory. M., Izhevsk: NITS «Regulyarnaya i Khaoticheskaya Dinamika», 2005. (in Russian).
13. Verbovetskiy E.Kh. i dr. Metodicheskie Ukazaniya po Proektirovaniyu Topochnykh Ustroystv Energeticheskikh Kotlov. SPb.: VTI TSKTI, 1996. (in Russian).
14. GOST 28269—89. Kotly Parovye Statsionarnye Bol'shoy Moshchnosti. Obshchie Tekhnicheskie Trebovaniya. (in Russian).
15. Arkhipov A.M. i dr. Effektivnost' Ispol'zovaniya Pryamotochnykh Gorelok i Sopl pri Realizatsii Tverdogo Shlakoudaleniya v Topke Kotla TPP-210A. Teploenergetika. 2017;2:63—70. (in Russian).
16. Arkhipov A.M. i dr. Povyshenie Effektivnosti Szhiganiya Kuznetskogo Uglya v Pryamotochnom Vikhrevom Fakele. Nadezhnost' i Bezopasnost' Energetiki. 2015;3(30):50—55. (in Russian).
17. Fomenko M.V., Prokhorov V.B., Fomenko N.E. Investigation of the Direct-flow Burners and Nozzles Arrangement at the Direct-flow-vortex Coal Combustion in a Furnace with Solid Slag Removal. J. Phys.: Conf. Series. 2021;2088(1):012015.
18. Klimenko A.V., Zorin V.M. Teplovye i Atomnye Elektrostantsii. M.: Izdat. Dom MEI, 2007. (in Russian).
19. Sokolov N.V i dr. Raschet i Proektirovanie Pyleprigotovitel'nykh Ustanovok Kotel'nykh Agregatov (Normativnye Materialy). L.: NPO TSKTI, VTI, 1971. (in Russian).
20. Teplovoy Raschet Kotlov (Normativnyy Metod). SPb.: RAO «EES Rossii», 1998. (in Russian)
---
For citation: Fomenko M.V., Prokhorov V.B., Fomenko N.E. The Kuznetsk Lean Coal Combustion Scheme Optimization Using Straight-Flow Burners and Nozzles with Solid Slag Removal. Bulletin of MPEI. 2023;4:72—79. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-4-72-79
---
The work is executed at support: Grant of Russian Science Foundation (Grant No. 22-19-00722), https://rscf.ru/project/22-19-00722/
2. Государственный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2019 г. М.: Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации, 2020.
3. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. Кузнецова Н.В. и др. М.: Энергия, 1973.
4. ГОСТ Р 50831—95. Установки котельные. Тепломеханическое оборудование. Общие технические требования.
5. Архипов А.М., Липов Ю.М., Прохоров В.Б. Использование прямоточных горелок и сопл в топках котлов: инновационный опыт МЭИ. М.: Изд-во МЭИ, 2013.
6. Волков Э.П. и др. Исследование аэродинамики топки котла ТПП-210А при переводе его на твердое шлакоудаление и организации вихревого сжигания топлива // Теплоэнергетика. 2018. № 10. С. 21—28.
7. Prokhorov V.B., Fomenko M.V., Fomenko N.E. Solid Fuel Combustion Processes Modelling in the Furnace in Terms of the Boiler K-50-14-250 // J. Phys.: Conf. Series. 2020. V. 1683(4). P. 042050.
8. Ansys Fluent Iser’s Guide. Canonsburg: ANSYS Inc., 2012.
9. Ansys fluent Theory Guide. Canonsburg: ANSYS Inc., 2011.
10. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. М.: Физматлит, 2006.
11. Ranade V.V., Gupta D.F. Computational Modeling of Pulverized Coal Fired Boilers. Boca Raton: CRC Press, 2014.
12. Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы. М., Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005.
13. Вербовецкий Э.Х. и др. Методические указания по проектированию топочных устройств энергетических котлов. СПб.: ВТИ ЦКТИ, 1996.
14. ГОСТ 28269—89. Котлы паровые стационарные большой мощности. Общие технические требования.
15. Архипов А.М. и др. Эффективность использования прямоточных горелок и сопл при реализации твердого шлакоудаления в топке котла ТПП-210А // Теплоэнергетика. 2017. № 2. С. 63—70.
16. Архипов А.М. и др. Повышение эффективности сжигания Кузнецкого угля в прямоточном вихревом факеле // Надежность и безопасность энергетики. 2015. № 3(30). С. 50—55.
17. Fomenko M.V., Prokhorov V.B., Fomenko N.E. Investigation of the Direct-flow Burners and Nozzles Arrangement at the Direct-flow-vortex Coal Combustion in a Furnace with Solid Slag Removal // J. Phys.: Conf. Series. 2021. V. 2088(1). P. 012015.
18. Клименко А.В., Зорин В.М. Тепловые и атомные электростанции. М.: Издат. дом МЭИ, 2007.
19. Соколов Н.В и др. Расчет и проектирование пылеприготовительных установок котельных агрегатов (нормативные материалы). Л.: НПО ЦКТИ, ВТИ, 1971.
20. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). СПб.: РАО «ЕЭС России», 1998.
---
Для цитирования: Фоменко М.В., Прохоров В.Б., Фоменко Н.Е. Оптимизация схемы сжигания кузнецкого тощего угля с использованием прямоточных горелочных устройств и сопел с твердым шлакоудалением // Вестник МЭИ. 2023. № 4. С. 72—79. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-4-72-79
---
Работа выполнена при поддержке: гранта Российского научного фонда (грант № 22-19-00722), https://rscf.ru/project/22-19-00722/
#
1. ITS 38—2022. Szhiganie Topliva na Krupnykh Ustanovkakh v Tselyakh Proizvodstva Energii. (in Russian).
2. Gosudarstvennyy Doklad o Sostoyanii i Ispol'zovanii Mineral'no-syr'evykh Resursov Rossiyskoy Federatsii v 2019 g. M.: Ministerstvo Prirodnykh Resursov i Ekologii Rossiyskoy Federatsii, 2020. (in Russian).
3. Teplovoy Raschet Kotel'nykh Agregatov (Normativnyy Metod). Pod red. Kuznetsova N.V. i dr. M.: Energiya, 1973. (in Russian).
4. GOST R 50831—95. Ustanovki Kotel'nye. Teplomekhanicheskoe Oborudovanie. Obshchie Tekhnicheskie Trebovaniya. (in Russian).
5. Arkhipov A.M., Lipov Yu.M., Prokhorov V.B. Ispol'zovanie Pryamotochnykh Gorelok i Sopl v Topkakh Kotlov: Innovatsionnyy Opyt MEI. M.: Izd-vo MEI, 2013. (in Russian).
6. Volkov E.P. i dr. Issledovanie Aerodinamiki Topki Kotla TPP-210A pri Perevode Ego na Tverdoe Shlakoudalenie i Organizatsii Vikhrevogo Szhiganiya Topliva. Teploenergetika. 2018;10:21—28. (in Russian).
7. Prokhorov V.B., Fomenko M.V., Fomenko N.E. Solid Fuel Combustion Processes Modelling in the Furnace in Terms of the Boiler K-50-14-250. J. Phys.: Conf. Series. 2020;1683(4):042050.
8. Ansys Fluent Iser’s Guide. Canonsburg: ANSYS Inc., 2012.
9. Ansys fluent Theory Guide. Canonsburg: ANSYS Inc., 2011.
10. Varnatts Yu., Maas U., Dibbl R. Gorenie. Fizicheskie i Khimicheskie Aspekty, Modelirovanie, Eksperimenty, Obrazovanie Zagryaznyayushchikh Veshchestv. M.: Fizmatlit, 2006. (in Russian).
11. Ranade V.V., Gupta D.F. Computational Modeling of Pulverized Coal Fired Boilers. Boca Raton: CRC Press, 2014.
12. Lipov Yu.M., Tret'yakov Yu.M. Kotel'nye Ustanovki i Parogeneratory. M., Izhevsk: NITS «Regulyarnaya i Khaoticheskaya Dinamika», 2005. (in Russian).
13. Verbovetskiy E.Kh. i dr. Metodicheskie Ukazaniya po Proektirovaniyu Topochnykh Ustroystv Energeticheskikh Kotlov. SPb.: VTI TSKTI, 1996. (in Russian).
14. GOST 28269—89. Kotly Parovye Statsionarnye Bol'shoy Moshchnosti. Obshchie Tekhnicheskie Trebovaniya. (in Russian).
15. Arkhipov A.M. i dr. Effektivnost' Ispol'zovaniya Pryamotochnykh Gorelok i Sopl pri Realizatsii Tverdogo Shlakoudaleniya v Topke Kotla TPP-210A. Teploenergetika. 2017;2:63—70. (in Russian).
16. Arkhipov A.M. i dr. Povyshenie Effektivnosti Szhiganiya Kuznetskogo Uglya v Pryamotochnom Vikhrevom Fakele. Nadezhnost' i Bezopasnost' Energetiki. 2015;3(30):50—55. (in Russian).
17. Fomenko M.V., Prokhorov V.B., Fomenko N.E. Investigation of the Direct-flow Burners and Nozzles Arrangement at the Direct-flow-vortex Coal Combustion in a Furnace with Solid Slag Removal. J. Phys.: Conf. Series. 2021;2088(1):012015.
18. Klimenko A.V., Zorin V.M. Teplovye i Atomnye Elektrostantsii. M.: Izdat. Dom MEI, 2007. (in Russian).
19. Sokolov N.V i dr. Raschet i Proektirovanie Pyleprigotovitel'nykh Ustanovok Kotel'nykh Agregatov (Normativnye Materialy). L.: NPO TSKTI, VTI, 1971. (in Russian).
20. Teplovoy Raschet Kotlov (Normativnyy Metod). SPb.: RAO «EES Rossii», 1998. (in Russian)
---
For citation: Fomenko M.V., Prokhorov V.B., Fomenko N.E. The Kuznetsk Lean Coal Combustion Scheme Optimization Using Straight-Flow Burners and Nozzles with Solid Slag Removal. Bulletin of MPEI. 2023;4:72—79. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-4-72-79
---
The work is executed at support: Grant of Russian Science Foundation (Grant No. 22-19-00722), https://rscf.ru/project/22-19-00722/
Опубликован
2023-04-12
Выпуск
Раздел
Энергетические системы и комплексы (технические науки) (2.4.5)
