- СибКОТЭС

Первый Открытый Конкурс молодых специалистов
ЗАО «СибКОТЭС» в области энергетики
Трехмерное математическое
моделирование эффективности
угольной ступени восстановления
в системе трехступенчатого сжигания
Докладчик: Сергеева А.И.
Руководители: Серант Ф.А.,
Коняшкин В.Ф.
Система трехступенчатого сжигания с угольной ступенью
восстановления
Параметры, влияющие на
эффективность ступени
восстановления:
αт=1,2
Зона догорания
15-25% воздуха
15-20% топлива
αвосст=0,85-0,95
80-85% топлива
αосн=1,05-1,1
Восстановительная
зона
- Содержание летучих в топливе
- Содержание азота в топливе
- Аэродинамика топки
- Подвод горячих топочных газов к
устью горелки
- Концентрация кислорода
- Температурный уровень
Основная зона
Необходимо сохранение высокого
уровня выгорания топлива
2
Исходные данные
Расход топлива на котел В=148,1т/ч
Паропроизводительность котла D=1050т/ч
Характеристики каменного угля марки Г
Характеристики
Значение
Углерод на рабочую массу Cr, %
55,2
Водород на рабочую массу Hr, %
3,8
Кислород на рабочую массу Or, %
8,7
Азот на рабочую массу Nr, %
1,8
Полная сера на рабочую массу Sr, %
0,4
Зола на рабочую массу Ar, %
17,2
Влага на рабочую массу Wr, %
12,9
Выход летучих на горючую массу Vdaf, %
Низшая теплотворная способность топлива на
рабочую массу Qri, ккал/кг
39
5280
3
Топливно-воздушный баланс топки
Вариант с воздушной сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
Вариант с газовой сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
4
Построение сеточной модели в программе GAMBIT
- Построение трехмерной
модели топки
- Определение типов
граничных условий
(входы, выходы, стены
расчетной области)
- Экспорт сетки в расчетную
программу FLUENT
5
Определение физических моделей и параметров в
программе FLUENT
- модель излучения
- модель турбулентности
- свойства материалов
- описание химических реакций, в том числе задание кинетических констант
горения топлива
- задание граничных условий (скоростей, температур, состава поступающих в
топку потоков, тепловой эффективности экранов)
- задание инжекторов (расход топлива, компоненты скоростей, температуры,
параметры распределения размера топливных частиц по Розину-Рамлеру)
6
Результаты расчета
Поля температур, оС
Вариант с воздушной сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
Вариант с газовой сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
7
Результаты расчета
Концентрация кислорода, %
Вариант с воздушной сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
Вариант с газовой сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
8
Результаты расчета
Концентрация оксидов азота, ppm
Вариант с воздушной сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
Вариант с газовой сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
9
Результаты расчета кольцевой топки котла для блока 330 МВт
на кузнецких углях марки Г.
Влияние рециркуляции газов в ступени восстановления на снижение NOx
αгор=0,89
αярус=1,06 αгор.восст=0,79
αгор=0,92
αярус=1,08
0.3
600
0.2
400
0.1
200
0
0
1400
0.6
1200
0.5
1000
0.4
800
0.3
600
0.2
400
0.1
200
0
0
1100
1000
2
900
800
1
700
600
0
500
5
10
15
20
25
Высота отметки, м
Вариант с воздушной сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
30
1200
3
1100
1000
2
900
800
1
700
600
0
Выход из топки
800
0.7
1300
Сужение топки
0.4
1200
4
Третичный воздух
1000
1600
Восстановительные горелки
0.5
3
0.8
1400
2-й ярус
1200
1300
1500
1-й ярус
0.6
1800
5
Холодная воронка
1400
0.9
Выгорание
0.7
4
1400
Выход из топки
1600
2000
Сужение топки
0.8
1
Третичный воздух
1800
1500
Восстановительные горелки
0.9
5
2-й ярус
2000
1-й ярус
1
NO, мг/нм3 O2, % T, OC
Холодная воронка
Выгорание
NO, мг/нм3 O2, %T, OC
αгор.восст=0,38
500
5
10
15
20
25
30
Высота отметки, м
Вариант с газовой сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
10
Результаты расчета кольцевой топки котла для блока 330 МВт
на кузнецких углях марки Г.
Влияние отключения ступени восстановления на образование NOx
αгор=0,89
αярус=1,06
αгор=0,87
αярус=1,01
αгор.восст=0,79
800
0.3
600
0.2
400
0.1
200
0
0
0.7
1400
0.6
1200
0.5
1000
0.4
800
0.3
600
0.2
400
0.1
200
0
0
1100
1000
2
900
800
1
700
600
0
500
5
10
15
20
25
Высота отметки, м
Вариант с воздушной сушкой топлива,
подаваемого в восстановительные горелки.
30
1300
1200
3
1100
1000
2
900
800
1
700
600
0
Выход из топки
0.4
1200
4
Сужение топки
1000
1600
Третичный воздух
0.5
3
0.8
1400
2-й ярус
1200
1300
1500
1-й ярус
0.6
1800
5
Холодная воронка
1400
0.9
Выгорание
0.7
4
1400
Выход из топки
1600
2000
Сужение топки
0.8
1
Третичный воздух
1800
1500
Восстановительные горелки
0.9
5
2-й ярус
2000
1-й ярус
1
NO, мг/нм3 O2, % T, OC
Холодная воронка
Выгорание
NO, мг/нм3 O2, %T, OC
500
5
10
15
20
25
30
Высота отметки, м
Вариант без ступени восстановления
11
Выводы
1.
Угольная ступень восстановления при подаче
восстановительного топлива воздухом не работает
2.
При подаче восстановительного топлива газами
рециркуляции возможно получить снижение выбросов
оксидов азота (~ 40%)
3.
При хорошо организованном с точки зрения
аэродинамики процессе горения сохраняется высокий
уровень выгорания топлива (~ 98,5%)
12
Благодарю за внимание!
13
Механизм образования топливных оксидов азота
NO
Азот топлива
Промежуточные компоненты
HCN, NH3
N2
14