Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля

Для оцінки ефективності впливу термохімічної підготовки антрациту на утворення оксидів азоту була створена тривимірна числова модель частини паливні котла ТПП-210А для стандартних і модифікованих пальників. Результати розрахунків показали зниження концентрації оксидів азоту по всій висоті паливні п...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Дунаєвська, Н.І., Нехамін, М.М., Бондзик, Д.Л.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2016
Назва видання:	Наука та інновації
Теми:	Наукові основи інноваційної діяльності
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117497
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля / Н.І. Дунаєвська, М.М. Нехамін, Д.Л. Бондзик // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 6. — С. 49-56. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-117497
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1174972017-05-24T03:03:05Z Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля Дунаєвська, Н.І. Нехамін, М.М. Бондзик, Д.Л. Наукові основи інноваційної діяльності Для оцінки ефективності впливу термохімічної підготовки антрациту на утворення оксидів азоту була створена тривимірна числова модель частини паливні котла ТПП-210А для стандартних і модифікованих пальників. Результати розрахунків показали зниження концентрації оксидів азоту по всій висоті паливні при зменшенні ступеню недопалювання вугілля для модифікованих пальників у порівнянні зі стандартними пальниками. Для оценки эффективности влияния термохимической подготовки антрацита на образование окислов азота была создана трехмерная числовая модель части топки котла ТПП-210А для стандартных и модифицированных горелок. Результаты расчетов показали снижение концентрации окислов азота по всей высоте топки при уменьшении степени недожога угля для модифицированных горелок по сравнению со стандартными горелками. To assess the effectiveness of the influence of thermochemical preparation of anthracite on the formation of nitrogen oxides the three-dimensional numerical model of the TPP-210A boiler`s furnace for standard and modified burners was created. The calculation results are shown the decrease of NOx concentration across the height of the furnace and reduce of the unburnt coal for the modified burners in comparison with standard ones. 2016 Article Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля / Н.І. Дунаєвська, М.М. Нехамін, Д.Л. Бондзик // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 6. — С. 49-56. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin12.06.049 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117497 uk Наука та інновації Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Наукові основи інноваційної діяльності Наукові основи інноваційної діяльності
spellingShingle	Наукові основи інноваційної діяльності Наукові основи інноваційної діяльності Дунаєвська, Н.І. Нехамін, М.М. Бондзик, Д.Л. Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля Наука та інновації
description	Для оцінки ефективності впливу термохімічної підготовки антрациту на утворення оксидів азоту була створена тривимірна числова модель частини паливні котла ТПП-210А для стандартних і модифікованих пальників. Результати розрахунків показали зниження концентрації оксидів азоту по всій висоті паливні при зменшенні ступеню недопалювання вугілля для модифікованих пальників у порівнянні зі стандартними пальниками.
format	Article
author	Дунаєвська, Н.І. Нехамін, М.М. Бондзик, Д.Л.
author_facet	Дунаєвська, Н.І. Нехамін, М.М. Бондзик, Д.Л.
author_sort	Дунаєвська, Н.І.
title	Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля
title_short	Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля
title_full	Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля
title_fullStr	Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля
title_full_unstemmed	Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля
title_sort	технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Наукові основи інноваційної діяльності
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117497
citation_txt	Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля / Н.І. Дунаєвська, М.М. Нехамін, Д.Л. Бондзик // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 6. — С. 49-56. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.
series	Наука та інновації
work_keys_str_mv	AT dunaêvsʹkaní tehnologíâznižennâvikidívoksidívazotuprifakelʹnomuspalûvannívugíllâ AT nehamínmm tehnologíâznižennâvikidívoksidívazotuprifakelʹnomuspalûvannívugíllâ AT bondzikdl tehnologíâznižennâvikidívoksidívazotuprifakelʹnomuspalûvannívugíllâ
first_indexed	2025-07-08T12:21:47Z
last_indexed	2025-07-08T12:21:47Z
_version_	1837081359469772800
fulltext	49 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6): 49—56 doi: https://doi.org/10.15407/scin12.06.049 © Н.І. ДУНАЄВСЬКА, М.М. НЕХАМІН, Д.Л. БОНДЗИК, 2016 Для оцінки ефективності впливу термохімічної підготовки антрациту на утворення оксидів азоту була створена тривимірна числова модель частини паливні котла ТПП-210А для стандартних і модифікованих пальників. Результа- ти розрахунків показали зниження концентрації оксидів азоту по всій висоті паливні при зменшенні ступеню недо- палювання вугілля для модифікованих пальників у порівнянні зі стандартними пальниками. К л ю ч о в і с л о в а: оксиди азоту, антрацит, пальник, вугілля, термохімічна підготовка. Н.І. Дунаєвська, М.М. Нехамін, Д.Л. Бондзик Інститут вугільних енерготехнологій НАН України, вул. Андріївська, 19, Київ, 04070, Україна, тел. (044) 425-50-68; факс (044) 537-22-41 ТЕХНОЛОГІЯ ЗНИЖЕННЯ ВИКИДІВ ОКСИДІВ АЗОТУ ПРИ ФАКЕЛЬНОМУ СПАЛЮВАННІ ВУГІЛЛЯ Співпраця України з Європейською енерге- тичною співдружністю має на меті досягнен ня високих технологічних та екологічних показ- ників роботи в області теплоенергетики, що мо- же бути реалізовано шляхом будівництва но- вих або реконструкції вже існуючих пилову- гільних енергоблоків із застосуванням чистих вугільних енерготехнологій. Однією з таких технологій для факельних ву- гільних котлоагрегатів є термохімічна підготов- ка (ТХП) вугілля перед його спалюванням в паливні котла. Пілотне впровадження такої тех- нології відбулося на паливні котла ТПП-210А (ст. № 3А Трипільської ТЕС), яке продемон- струвало покращення горіння. Попередні експе- рименти інших дослідників [1] продемонстру- вали можливість зниження утворення оксидів азоту при застосуванні технології ТХП при вміс- ті летких речовин у вугіллі > 13 %. Для реєстра- ції впливу розроблених пальників ТХП на кон- центрацію оксидів азоту в паливні котла при спалюванні антрациту необхідна заміна не мен- ше чотирьох з шести пальників корпусу котла ТПП-210А. Наразі виготовлено чотири пальни- ки для встановлення на котлі Трипільської ТЕС. Для оцінювання ступеня зниження викидів ок- сидів азоту при застосуванні пальників з ТХП за допомогою програми ANSYS Fluent було про- ведено попередні порівняльні розрахунки із за- стосуванням двох варіантів пальників. Котел ТПП-210А, що працює на антрациті, складається з двох корпусів, його паливня має перетиск для створення умов рідкого шлакови- далення. Для порівняння було обрано дві тех- нології спалювання пилоподібного антрациту: проектна для котла ТПП 210А із застосуван- ням стандартних вихрових пальників з пода- чею вугільного пилу з первинним повітрям і з відокремленим каналом подачі вторинного по- вітря (рис. 1) та із технологією попередньої тер- мохімічної підготовки. Конструктивну схему та розподіл потоків наведено на рис. 2. Детально опис технології розглянуто в роботах [2—4]. У подальшому для визначення впливу техно- логії ТХП вугілля [3] на показники роботи па- ливні було виконано порівняльний числовий ана ліз за допомогою програми ANSYS FLUENT роботи котла ТПП-210А, оснащеного штатни- ми пальниками для спалювання пилоподібного 50 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6) Н.І. Дунаєвська, М.М. Нехамін, Д.Л. Бондзик вугілля і пальниками з ТХП палива. У програмі моделювання розраховуються процеси горіння газу та вугільного пилу антрациту, двофазної течії й суміщеного конвективного і радіаційно- го теплообміну в об’єкті, що розглядається. До- датково у постпроцесорному режимі розрахо- вувалось утворення оксидів азоту. ВИХІДНІ ДАНІ ДЛЯ ЧИСЕЛЬНОГО РОЗРАХУНКУ Вихідні дані для розрахунку базуються на пас- портних даних котла ТПП-210А Трипільської ТЕС та нормативному методі теплового розра- хунку котлоагрегатів [5]. Геометрія розрахун- кової області паливні двокамерного котла з рід- ким шлаковидаленням наведена на рис. 3. Розрахункова область розбита на 5 зон і об- межена стінками і поверхнею виходу. У 1-й зо- ні розміщено шість пальників, в які подається аеросуміш і вторинне повітря, 5-а зона закін- чується найвужчим перерізом паливні в районі аеродинамічного носа. Моделювання повороту потоку в зоні пережиму сильно ускладнювало процес, а наявні зворотні токи, як виявилося, викривляли результати на виході розрахунко- вої зони. До поверхні стінок 1-ї зони включено і отвір виходу шлаку. При моделюванні процесів у паливні гра- ничні умови на стінках задавалися температу- рами, отриманими з виконаного згідно з нор- мативним методом [5] позонного теплового розрахунку. Отримані значення враховують наявність відкладення шлаку і золи на поверх- нях (табл. 1). Для зон 2—5 в моделі вони апрок- Рис. 1. Схема стандартного пальника для котла ТПП-210А Рис. 2. Схема конструкції пальника з ТХП для котла ТПП-210А: 1 — короб пилоподачі; 2 — поворотний ши- бер; 3 — запальний пристрій; 4 — муфельна камера термооб роб ки пилу; 5 — датчики температури; 6 — короб подачі вторинного повітря; 7 — існуючий газовий колек- тор; 8 — контроль температур; 9 — регулятор подачі газу на процес ТХП Рис. 3. Геометрія паливні котла ТПП-210А Центральне повітря Мазут Первинна аеросуміш Вторинна повітря Газ на підсвічування та розтопку 8 1 9 2 3 4 56 І ІІ gas air 7 3 3 t°C Присмокти (також навколо пальників) Скидні пальники Вторинне повітря аеросуміш Центральнене повітря Номери пальників1 2 3 6 5 4 З он а 1 З он а 2 З он а 3 З он а 4 З он а 5 88 72 67 27 36 00 36 00 15 50 10758 5160 Вихід Gy 51ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6) Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля симовані лінійними залежностями від коор- динати по висоті. У моделі крім витрат компонентів у паль- никах враховані: подача в паливню сушильно- го агента (повітря) через скидні сопла й при- смокти навколишнього повітря, що мають міс- це навколо фланців пальників і на вході до 3-ї зони. Режимні параметри, засновані на даних теплових розрахунків котла ТПП-210А Три- пільської ТЕС у номінальному режимі, наве- дені в табл. 2. Як паливо розглядається антрацит з ниж- чою теп лотою згоряння на робочу масу Qr i = = 24,5 МДж/кг. Технічний аналіз робочої ма- си й елементного складу вугілля наведений у табл. 3 та 4. Гранулометричний склад вугільних частинок прийнятий за формулою Розина—Раммлера з показником розподілу 1,1 у діапазоні 5—205 мкм із середнім розміром 40 мкм. Прийнято також, що вміст азоту розподілений між леткими й твердою частиною порівну, а повний вихід лет- ких (з урахуванням високотемпературного ви- ходу летких) в 1,7 рази перевищує результати стандартного технічного аналізу [6, 7]. У розрахунковій програмі опис процесу го- ріння вугільних частинок виконано за модел- лю Non-Premixed Combustion, виходу летких — Two Competing Rates. Процеси випромінювання описуються моделлю Р-1. Турбулентність ура- ховується за моделлю Realizable k-epsilon, ви- користана Enhanced функція стінки. Програма Таблиця 1 Температури t (°С) поверхонь стінок № зони t вхідна t середня t вихідна 1 1467 1467 1467 2 1242 1169 1063 3 1063 1038 964 4 964 929 908 5 908 850 781 Таблиця 2 Параметри вхідних потоків у номінальному режимі Вид потоку Пальник із ТХП Штатний пальник повітря вугілля Кручення повітря вугілля Кручення m* кг/с T K m кг/с U*танг./Uос. m кг/с T K m кг/с Uтанг./Uос. Центральний потік 13,7 493 5,61 0,466 14,6 493 0 0,466 Первинна аеросуміш 18,1 387 11,22 1 18,1 387 16,83 1 Вторинне повітря 114,6 493 0 1,73 114,6 493 0 1,73 Повітря для газу 0,87 323 0 0 0 0 0 Скидне повітря 12,6 387 0 0 12,6 387 0 0 Присмокти 7,80 313 0 0 7,80 313 0 0 Газ 0,24 323 0 0 0 0 0 0 Примітка. m — витрата; **Uтанг./Uос — відношення тангенційної складової швидкості до осьової Таблиця 3 Технічний аналіз антрациту Склад, ваг. Vr C (s)r Ar Wr % 4 69 19,5 7,5 Таблиця 4 Елементний склад органічної маси вугілля Елементний склад Cdaf Hdaf Odaf Ndaf Sdaf % 92,5 1,97 2,58 0,79 2,14 52 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6) Н.І. Дунаєвська, М.М. Нехамін, Д.Л. Бондзик Fluent передбачає можливість уникнути пря- мого задання значень epsilon на вході розра- хункової області при використанні моделі тур- булентності k-epsilon. Розрахунки виконані при заданні вхідних характеристик турбулентності значеннями ступеня турбулентності Tu = 10 % і гідравлічного діаметра. Теплові граничні умови на стінках розрахун- кової області визначали виходячи з таких мір- кувань. Значення осереднених по поверхнях зон паливні температур поверхні (поверхні «за- бруднення» — шлакової плівки) були взя ті з результатів позонного розрахунку паливні за нормативним методом, виконаного для номі- нального режиму навантаження. Але пряме використання цих даних як гранич- них умов не цілком коректне, оскільки означає нефізичну стрибкоподібну зміну як температур поверхні, так і щільностей теплового потоку на границях зон паливні. Тому ми скористалися наданою програмою ANSYS FLUENT можливістю (яка не потребує модифікації сіткової моделі) формулювання теп- лової граничної умови на стінках як величини теплового опору стінки й температури на зо- внішній стосовно розрахункового об’єму поверх- ні стінки. Необхідні параметри взяті нами зі згаданого позонного розрахунку за норматив- ним методом і з документації теплового розра- хунку паливні котла Трипільської ТЕС. Для вирішення поставленої задачі в першу чергу були виконані розрахунки течії та проце- сів утворення оксидів азоту не на всій паливні котла, показаній вище, а в об’ємі, приблизно від- повідному до внеску одного паль ни ка. Спосіб ви- ділення цього об’єму ілюструється рисунком 4, на якому показана паливня кот ла (вид зверху). Виділена на рисунку розрахункова область примикає до 2-го (центрального) пальника, а верхня й нижня на рисунку площини симетрії відповідають половинам відстаней між осями пальників. Третя площина симетрії розміщена на половині відстані між фронтальною й тиль- ною поверхнями паливні. Такі допущення були прийняті з метою змен- шення об’єму розрахункової області з відповід- ним зменшенням ресурсоємності завдання й ско- роченням часу одержання перших результатів розрахунків. Але результати, звичайно, обумов- лені неповними відповідностями моделі реаль- ному об’єкту. Зокрема, поперечний переріз роз- рахункової області в цьому випадку менше 1/6 поперечного перерізу паливні (тоді як витрати компонентів для одного пальника становлять саме 1/6 витрат для всієї паливні). Тому час пе- ребування частинок у розрахунковому об’ємі розглянутої моделі буде занижено. Крім того, частка поверхні стінок у периметрі розрахун- кової області менша, ніж аналогічна частка в реальному об’єкті. І, нарешті, напрямок кручен- ня потоків у частині суміжних пальників, що обмежують розрахункову область, не в повній мірі відповідає реальній паливні, що впливає на потоки газів в районі пальників. РЕЗУЛЬТАТИ РОЗРАХУНКІВ Спочатку було проведено оцінку адекват- ності отриманої числової моделі у порівнянні з тепловим розрахунком котлоагрегатів. На ос- нові отриманих результатів моделювання та розрахунків за нормативним методом (рис. 5) можна зробити висновок, що в цілому вони виявляють достатньо якісну і кількісну відпо- відність. Враховуючи, що нормативний метод розрахунку був свого часу створений як ре- Рис. 4. Розрахункова область Площини симетрії Розрахункова область Gy Gx Gz 53ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6) Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля зультат узагальнення багаторічних, переважно натурних, експериментальних досліджень і ви- пробувань великого числа діючих котлоагре- гатів, можна оцінити отримані результати мо- делювання як достатньо задовільні. У подальшому проводилися порівняння пара- метрів полів для котла із стандартними пальни- ками і пальниками з ТХП. На рис. 6—8 (див. ко- льорову вклейку) показані отримані розподіли температури газової фази в різних перетинах паливні. У обох випадках поля температур по- дібні. Локальний максимум температур (рис. 6) нижчий при використанні пальників з ТХП, що може позитивно вплинути на процес утво- рення оксидів азоту. Максимальна зона темпе- ратур у обох випадках відповідає теп ло ізо льо- ва ній нижній радіаційній частині (НРЧ), після чого температура швидко знижується за раху- нок інтенсивного радіаційного теплообміну. На рівні перетиску середня температура по перерізу (рис. 9) у випадку пальників з ТХП вища, ніж у випадку стандартних (1934 і 1916 К відповідно). Далі по висоті газова фаза охолод- жується майже рівномірно в обох випадках. Різ- ниця приблизно в 20 К зберігається до кінця роз- рахункової зони, де середні температури склада- ють 1593 і 1576 К для варіантів з пальниками з ТХП та стандартними пальниками відповідно. На рис. 8 зображено поле температур по- верхонь стінок нижньої радіаційної частини (НРЧ) паливні (включаючи черінь), що видаєть- ся особ ливо цікавим. Оскільки котел ТПП-210А має рідке шлаковидалення, температура побли- зу льотки значно впливає на надійність роботи котла в цілому. Температури біля льотки у ви- падку використання пальників з ТХП суттєво не відрізняються, тобто, незважаючи на меншу температуру ядра при використанні пальників з ТХП, вихід рідкого шлаку не погіршиться. Поля концентрацій кисню (рис. 10, див. кольо- рову вклейку) загалом подібні для обох варіан- тів. На виході розрахун кової зони ми маємо май- же однакову об’єм ну концентрацію кисню (2,53 і 2,52 % для варіантів з пальниками ТХП та стан- дартними пальниками відповідно). Але, оскіль- Рис. 5. Співставлення нормативним методом зміни по висоті паливні механічного недопа- лу палива за результатами моделювання та за розрахунком Рис. 9. Зміна середньої температури по висоті паливні q4 , % y/H Розрахунок за нормативним методом Результати моделювання 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 2 4 6 8 10 у, м т, к 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1 1500 1600 1700 1800 1900 Стандартний пальник Пальник з ТХП 54 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6) Н.І. Дунаєвська, М.М. Нехамін, Д.Л. Бондзик ки процес піролізу і початок горінння у випадку пальників з ТХП починається ще у муфелі, то вже в топці концентрація кисню по висоті є мен- шою, ніж у варіанті із стандартними пальника- ми. У зоні активного горіння при використанні пальників з ТХП існують області, де концентра- ція кисню майже нульова. Це створює віднов- лювальне середовище, в якому можуть відбува- тися реакції відновлення азоту з його оксидів, що має сприяти зниженню загального рівня і вихідної концентрації оксидів азоту. Водночас зменшення концентрації кисню по- гіршує процес горіння (рис. 11), що може при- зводити до деякого зростання концентрації го- рючих у винесенні для варіанту ТХП у порів- нянні зі стандартними пальниками. Тому в по- дальшому застосування технології ТХП пла- нується поєднувати з внутрішньотопковими заходами по підвищенню ефективності та еко- логічності спалювання. Поля виходу летких речовин з вугілля де- монструють основний вплив технології ТХП на аеросуміш — вихід і згорання частини летких ву- гілля в середині пальника, завдяки чому забез- печується надійніше займання низькореакцій- ного вугілля. З рис. 12 (див. кольорову вклейку) видно, що при ТХП процес виходу летких закін- чується раніше, ніж при використанні стандарт- них пальників. Для обох варіантів процес вихо- ду летких закінчується (швидкість стає меншою 5 · 10–3 кг/(с·м3) не далі як на відстані 1-го каліб ру від зрізу пальника. Із зіставлення даних рис. 12 з даними рис. 10 випливає, що у випадку паль- ника із ТХП найбільш інтенсивний вихід летких локалізується в області, де кисню недостатньо. Це також сприяє зниженню інтенсивності утво- рення ок сидів азоту в такому пальнику. Процес горіння коксового залишку триває про тягом усього часу перебування вугільних Рис. 11. Зміна середньої концентрації кисню по висоті паливні Рис. 14. Зміна ступеню недопалу вугілля по висоті паливні Рис. 19. Зміна середньої концетрації оксидів азоту по висоті паливні у, м О2, об. частка 20 15 10 5 0 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 Стандарт ТХП у, м Хвуг, % 20 15 10 5 0 10 20 30 40 50 60 70 Стандарт ТХП 80 90 у, м NO, ppm 20 15 10 5 0 200 400 600 800 1000 1200 Стандарт ТХП Рис. 6. Поле температур для різних пальників в пло- щині X—Y Рис. 7. Поле температур для різних пальників в площині Z—X на рівні пальників Т, К Стандартний пальник Пальник з ТХП 2,20е + 03 2,10е + 03 2,00е + 03 1,90е + 03 1,80е + 03 1,70е + 03 1,60е + 03 1,50е + 03 1,40е + 03 1,30е + 03 1,20е + 03 1,10е + 03 1,00е + 03 9,00е + 02 8,00е + 02 7,00е + 02 6,00е + 02 5,00е + 02 4,00е + 02 Т, К Стандартний пальник Пальник з ТХП 2,20е + 03 2,10е + 03 2,00е + 03 1,90е + 03 1,80е + 03 1,70е + 03 1,60е + 03 1,50е + 03 1,40е + 03 1,30е + 03 1,20е + 03 1,10е + 03 1,00е + 03 9,00е + 02 8,00е + 02 7,00е + 02 6,00е + 02 5,00е + 02 4,00е + 02 Рис. 8. Поле температур для різних пальників на поверхні стінок НРЧ Рис. 10. Поле концентрацій кисню для різних пальників в площині X—Y. Знизу — області пальників у збільшеному масштабі Т, К Стандартний пальник Пальник з ТХП2,00е + 03 1,90е + 03 1,80е + 03 1,70е + 03 1,60е + 03 1,50е + 03 1,40е + 03 1,30е + 03 1,20е + 03 1,10е + 03 1,00е + 03 О2, частка Стандартний пальник Пальник з ТХП2,20е + 01 2,00е + 01 1,80е + 01 1,60е + 01 1,40е + 01 1,20е + 01 1,00е + 01 8,00е + 02 6,00е + 02 4,00е + 02 2,00е + 02 0,00е + 00 Рис. 13. Поле швидкостей горіння коксового залишку для різних пальників в площині X—Y Рис. 15. Поле концентрацій оксидів азоту для різних пальників в площині X—Y Рис. 12. Поле інтенсивності виходу летких для різних пальників в площині X—Y m vol кг/(с·м3) Стандартний пальник Пальник з ТХП 2,00е + 01 1,80е + 01 1,60е + 01 1,40е + 01 1,20е + 01 1,00е + 01 8,00е + 02 6,00е + 02 4,00е + 02 2,00е + 02 0,00е + 00 Швидкысть горыння кг/с/м3 Стандартний пальник Пальник з ТХП 2,00е + 02 1,80е + 02 1,60е + 02 1,40е + 02 1,20е + 02 1,00е + 02 8,00е + 03 6,00е + 03 4,00е + 03 2,00е + 03 0,00е + 00 NO, об’ємна частка Стандартний пальник Пальник з ТХП 2,00е + 03 1,80е + 03 1,60е + 03 1,40е + 03 1,20е + 03 1,00е + 03 8,00е + 04 6,00е + 04 4,00е + 04 2,00е + 04 0,00е + 00 2,20е + 03 2,40е + 03 Рис. 16. Поле концентрацій оксидів азоту для різних пальників в площині Z—X на рівні пальників Рис. 17. Зміна швидкості утворення паливних оксидів азоту по висоті паливні Рис. 18. Зміна швидкості утворення термічних оксидів азоту по висоті паливні NO, об’ємна частка Стандартний пальник Пальник з ТХП 2,00е + 03 1,75е + 03 1,50е + 03 1,25е + 03 1,00е + 03 7,50е + 04 5,00е + 04 2,50е + 04 0,00е + 00 2,25е + 03 2,50е + 03 Швидкість утворення паливних NO, кгмоль/с/м3 Стандартний пальник Пальник з ТХП 7,00е – 05 6,00е – 05 5,00е – 05 4,00е – 05 3,00е – 05 2,00е – 05 1,00е – 12 1,09е – 12 –1,00е – 05 –2,00е – 05 –3,00е – 05 Швидкість утворення паливних NO, кгмоль/с/м3 Стандартний пальник Пальник з ТХП 9,00е – 05 8,00е – 05 7,00е – 05 6,00е – 05 5,00е – 05 4,00е – 05 3,00е – 12 2,09е – 12 1,00е – 05 3,64е – 13 –1,00е – 05 55ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6) Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля частинок у паливні (рис. 13 (див. кольорову вклейку) та 14). У випадку пальника з ТХП го- ріння починається ще всередині пальника і є більш інтенсивним біля пальника. У подаль- шому швидкість горіння твердих частинок ви- рівнюється по висоті паливні, де вигорання йде майже однаково (рис. 14). Ступінь недопалю- вання вугільних частинок на виході становлять 2,09 і 2,87 % для пальника з ТХП і стандартно- го пальника відповідно, що вказує про більш високу роль раннього займання на вигорання, ніж зменшеної концентрації кисню. Ступінь недопалювання визначався формулою Xвуг = (Bкз вх + Влет вх – – (Вкз вих + Влет вих))/(Bкз вх + Влет вх) × 100, (1) де Bкз вх і Вкз вих — витрата горючої частини коксово- го залишку на вході і виході відповідно; Влет вх і Влет вих — витрата летких на вході і виході від по- відно. Більш ранній початок горіння вугілля у ви- падку пальників з ТХП дозволяє забезпечити більш ефективне вигорання і, відповідно, еко- номити паливо. При розрахунках утворення оксидів азоту вра ховувалися всі три механізми: термічний, паливний і швидкий [8]. У перетині паливні й на виході при конфігурації з пальниками ТХП отримані нижчі показники концентрації окис- лів азоту. Розраховані поля концентрацій NO (рис. 15—16, див. кольорову вклейку) підтвер- джують гіпотезу, що при застосуванні техно- логії ТХП основна відмінність у процесі утво- рення оксидів азоту наявна у нижній частині НРЧ, де відбувається активне горіння вугілля. Для варіанту пальників з ТХП, які мають мен- шу температуру ядра факела та нижчу концен- трацію кисню в цій зоні НРЧ, утворюється менше термічних оксидів азоту. Це підтвер- джено у випадку полів швидкостей утворення паливних і термічних оксидів азоту (рис. 17 і 18 відповідно, див. кольорову вклейку). Далі умови горіння вирівнюються по висоті палив- ні і графіки середніх концентрацій NO майже еквідистантні (криві на рис. 19), кон центрація оксидів азоту при застосуванні пальників ТХП при цьому на 10—15 % менша. ВИСНОВКИ Проведені розрахункові аналізи роботи па- ливні, обладнаної стандартними пальниками та пальниками з ТХП, дозволяють зробити такі висновки. 1. Для варіанту із застосуванням проектних пальників котла ТПП-210А за допомогою про- грами ANSYS FLUENT було розраховано тем- ператури та ступені вигоряння у паливні для режиму 100 % навантаження, які добре узгод- жуються з тепловим розрахунком з паспорту котлоагрегату; 2. Використання технології ТХП дозволяє по- кращити умови запалювання на виході з паль- ників та покращити вигорання вугільних час- тинок у паливні. 3. Застосування пальників з використанням термохімічної підготовки дозволяє знизити кон- центрацію оксидів азоту на виході з паливні на 10—15 %. 4. Для досягнення європейських норм вики- дів оксидів азоту для факельних котлів паль- ники з ТХП мають бути доповнені іншими внут- рішньотопковими заходами (ступеневим спа- люванням, хімічними технологіями поглинан- ня NOx та ін.). 5. Результати розрахунків вважаємо орієн- товними через певні припущення, які були зроб лені для спрощення і пришвидшення роз- рахунків. Подальші розрахунки (зокрема, з пов- норозмірною паливнею) та результати повно- масштабних випробувань мають уточнити отри- мані нами дані. ЛІТЕРАТУРА 1. Бабий В.И., Вербовецкий Э.Х., Артемьев Ю.П. Го- релка с предварительной термоподготовкой уголь- ной пыли для снижения образования оксидов азо- та. Теплоэнергетика. 2000. № 10. С. 33—38. 2. Корчевой Ю.П., Кукота Ю.П., Дунаєвська Н.І., Неха- мин М.М., Бондзик Д.Л., Дєдов В.Г. Створення та під- готовка до експериментальної експлуатації пілот- них пальників енергетичного котлоагрегату для пи- 56 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6) Н.І. Дунаєвська, М.М. Нехамін, Д.Л. Бондзик лоподібного антрациту підвищеної зольнос ті. Наука та інновації. 2009. Т.5. № 4. С.13—21. 3. Кукота Ю.П., Дунаєвська Н.І., Нехамін М.М., Бон- дзик Д.Л., Кравець П.П., Салімон М.П., Сотніков В.А., Давидович К.Г., Капустянський А.А. Промислові ви- пробування пальника з термохімічною підготовкою на котлі ТПП-210А Трипільської ТЕС. Енергетика та електрифікація. 2012. № 2. С.16—23. 4. Патент 42038, Україна, МКВ F 23 D 17/00. Спосіб факельного спалювання вугілля / Ю.П. Корчевой, Ю.П. Кукота, Н.І. Дунаєвська, Д.Л. Бондзик, М.М. Не- хамін. Заявлено 12.12.2008; опубл. 25.06.2009, Бюл. № 12. 5. Тепловой расчет котельных агрегатов (норма тив- ный метод). Издание 2-е. Под ред. Н.В. Кузнецова, В.В. Митора, И.Е. Дубровского, Э.С. Карасиной. Мос к- ва: Энергия, 1973. 295 с. 6. ANSYS FLUENT Theory Guide. Документация про грам- мы ANSYS FLUENT. 2546 с. 7. Тагер С.А. Влияние содержания золы и выхода ле- тучих в исходном топливе на механический недо- жог. Теплоэнергетика. 1958. № 10. С. 10—16. 8. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжига- нии топлива. Ленинград: Недра, 1988. 312 с. REFERENCES 1. Babyi V., Verbovetskyi E., Artem’yev Yu. Burner with pre- liminary TCP of the pulverized coal to reduce nitrogen oxides. Teploenergetika (Thermal energetics). 2000. 10: 33—38 [in Russian]. 2. Korchevoy Yu., Kukota Yu., Dunayevska N., Nekhamin M., Bondzyk D., Dedov V. Creating and preparing for ex pe- ri mental operation of power boiler pilot burner for pul ve- rized anthracite with high ash content. Nauka innov. (Sci- ence and Innovation). 2009. 5(4): 13—21 [in Ukrainian]. 3. Kukota Yu., Dunayevska N., Nekhamin M., Bondzyk D., Kravets P., Salimon M., Sotnikov V., Davydovych K., Ka- pustianskyi A. Industrial tests of TCP burner at boiler ТПП 210 А of Trypilska TPP. Energetika ta elekryfika- tsiia (Energetics and electrification). 2012. 2: 16—23 [in Ukrainian]. 4. Patent of Ukraine 42038. Korchevoy Yu., Kukota Yu., Du- nayevska N., Bondzyk D., Nekhamin M. (2009) Method of coal torch combustion [in Ukrainian]. 5. Thermal calculation of boiler units (standard method). 2nd edition. Edited by N.V. Kuznetsov, V.V. Mitor, I.Ye. Dubrovskii, E.S. Karasina. Moskva: Energia, 1973. 295 p. [in Russian]. 6. ANSYS FLUENT Theory Guide. ANSYS FLUENT Ma- nual. 2546 p. 7. Taher S.A. Effect of ash content and yield of volatile in the initial fuel to mechanical underburning. Teplo ener- he tyka (Thermal energetics). 1958, 10: 10—16 [in Rus- sian]. 8. Syhal Y.Ya. Protection of air basin during fuel combustion. Leningrad: Nedra, 1988. 312 p. [in Russian]. N.I. Dunaevska, M.M. Nehamin, D.L. Bondzyk Coal Energy Technology Institute, the NAS of Ukraine, 19, Andriyivska Str., Kyiv, 04070, Ukraine, Tel. (044) 425-50-68; fax (044) 537-22-41 THE TECHNOLOGY OF NITROGEN OXIDE EMISSIONS REDUCTION AT PULVERIZED COAL BURNING To assess the effectiveness of the influence of thermo- chemical preparation of anthracite on the formation of ni- trogen oxides the three-dimensional numerical model of the TPP-210A boiler`s furnace for standard and modified burn- ers was created. The calculation results are shown the de- crease of NOx concentration across the height of the furnace and reduce of the unburnt coal for the modified burners in comparison with standard ones. Keywords : nitrogen oxides, anthracite, burner, coal ther- mochemical preparation. Н.И. Дунаевская, М.М. Нехамин, Д.Л. Бондзик Институт угольных энерготехнологий НАН Украины, ул. Андреевская, 19, Киев, 04070, Украина, тел. (044) 425-50-68; факс (044) 537-22-41 ТЕХНОЛОГИЯ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ФАКЕЛЬНОМ СЖИГАНИИ УГЛЯ Для оценки эффективности влияния термохимичес- кой подготовки антрацита на образование окислов азота была создана трехмерная числовая модель части топки котла ТПП-210А для стандартных и модифицированных горелок. Результаты расчетов показали снижение кон- центрации окислов азота по всей высоте топки при умень- шении степени недожога угля для модифицированных горелок по сравнению со стандартными горелками. Ключевые слова : оксиды азота, антрацит, горелка, уголь, термохимическая подготовка. Стаття надійшла до редакції 01.08.16

Технологія зниження викидів оксидів азоту при факельному спалюванні вугілля

Репозитарії

Схожі ресурси