Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61012 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере / С.Г. Кобзарь, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 7. — С. 9-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859852716810960896 |
|---|---|
| author | Кобзарь, С.Г. Халатов, А.А. |
| author_facet | Кобзарь, С.Г. Халатов, А.А. |
| citation_txt | Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере / С.Г. Кобзарь, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 7. — С. 9-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| first_indexed | 2025-12-07T15:41:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, №7 9
УДК 662.995:662.61
Кобзарь С.Г., Халатов А.А.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА
УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ УГЛЯ В ВИХРЕВОЙ КАМЕРЕ
Энергетика Украины является базовой от-
раслью экономики государства, главная задача
которой состоит в централизованном обеспече-
нии потребностей промышленности и населе-
ния страны электрической и тепловой энерги-
ей. Основой электроэнергетики в перспективе,
как и сейчас, остаются тепловые электростан-
ции (ТЭС), на которых размещено свыше 55 %
установленного генерирующего оборудования.
Функциональная значимость ТЭС высока, по-
скольку они являются основными источниками
резервирования мощности, покрытия изменяе-
мой части графиков электроснабжения, регули-
рования частоты и напряжения в энергосистеме
Украины. Оборудование предприятий теплоэ-
нергетики, спроектированное по нормам 50-х го-
дов, было введено в эксплуатацию в 60-70 годах
прошлого столетия уже морально и физически
устарело. Назревает необходимость в коренной
реконструкции действующих энергоблоков рабо-
тающих на угле. Важно при модернизации наря-
ду с повышением тепловой эффективности, сни-
жать вредное влияние блоков на окружающую
среду. Одними из вредных веществ, содержа-
щихся в дымовых газах, являются оксиды азота.
Для минимизации выбросов оксидов азота
целесообразно применять так называемые пер-
вичные методы, направленные на совершенство-
вание процесса сжигания топлива с целью сни-
жения образования оксидов азота в топке. Данная
задача может быть решена при организации ста-
дийной подачи топлива. Идея этого метода со-
стоит в разделении расхода топлива на две части,
а расхода окислителя – не менее чем на две части.
На предварительном этапе сжигания происходит
сжигание основной массы топлива с выделением
около 80 % энергии. Коэффициент избытка воз-
духа в первичной зоне горения поддерживают
Очікувані результати виконання програми.
Економічні, соціальні, екологічні наслідки.
Ефективність програми, основні ризики
Реалізація програми дозволить:
1. Скоротити споживання природного газу до
15 % (в період 2009-2010 р.р.)
2. Створити в регіонах системи децентралі-
зованого теплоелектропостачання з відповідними
інфраструктурами, характерними для викорис-
тання альтернативних джерел енергії (міжгалузеві
виробництва, нові робочі місця і професії, та ін.).
3. Посилити самозабезпеченість регіонів в
енергоресурсах і тим самим посилити енерге-
тичну безпеку регіонів і країни в цілому.
4. Зменшити техногенний вплив на довкілля і
поліпшити економічну ситуацію в регіонах (при
використанні відновлюваних джерел енергії).
Основні ризики при виконанні програми –
можливе більш тривале продовження фінансово-
економічної кризи.
Фінансові, матеріально-технічні і трудові
ресурси, що необхідні для виконання програми
Фінансування програми здійснюється за ра-
хунок:
-бюджетного фінансування;
-місцевих коштів;
-інноваційно-пільгового кредитування.
Матеріально-технічні ресурси, трудові ре-
сурси можуть бути оцінені як задовільні для ви-
конання програми.
ЛІТЕРАТУРА
1. Енергетична стратегія України на період до
2030 р. Розпорядження КМ України від
15.03.2006, №145. – 129 с.
2. Постанова Кабінету Міністрів України від
07.05.2008 р. №465.
3. Маркин В.В. Оптимизация топливно-
энергетического баланса за счет альтернативних
источников энергеии//Энергосбережение, №2,
2009. – C. 52-57.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, №710
на уровне 1,05…1,2. Оксиды азота в первичной
зоне образуются в количестве, которое зависит
от условий горения и содержания азота в топли-
ве. На второй стадии в зону дожигания подается
только топливо в количестве, необходимом для
формирования зоны восстановления с коэффи-
циентом избытка воздуха 0,7…0,9. Количество
топлива на дожигание составляет около 20 %
от общей мощности котлоагрегата. При сжига-
нии пылеугольного топлива можно достигнуть
до 50 % снижения выбросов оксидов азота. Для
эффективной работы данного метода снижения
оксидов азота, необходимо применять высокоре-
акционное топливо, которое идет на дожигание.
Хорошие результаты достигнуты при использо-
вании в качестве такого топлива природного газа
или мазута. Одним из способов замены дорогих
импортных энергоресурсов является использование
тонкодисперсного угольного порошка, который по
данным работы [1] обладает реакционными способ-
ностями характерными для мазута.
Исследование процессов горения ультради-
сперсных частиц угля проводилось при помощи
пакета прикладных программ Phoenics 2008. В
качестве объекта исследования была взята вих-
ревая циклонная камера [2], которая имеет четы-
ре тангенциальных подвода для пылеугольной
смеси. Предполагалось, что концентрация пы-
леугольной смеси одинакова на каждом входе, а
коэффициент избытка воздуха равен 1,2. Темпе-
ратура аэросмеси принималась равной 300 оС.
В исследовании использовалась модель го-
рения угля, описанная в работе [3]. На стенках
камеры были заданы адиабатные граничные
условия. Для замыкания дифференциальных
уравнений движения использовалась RNG k- ε
модель турбулентности, которая дает лучшие ре-
зультаты при расчете вихревых и закрученных
потоков [4]. Задача решалась в цилиндрических
полярных координатах, размер сетки составлял
50х50х34 (XxYxZ).
На первом этапе было проведено моделиро-
вание процесса горения угольных частиц обыч-
ного угля диаметром 20 и 10 мкм. Согласно дан-
ных работы [5], уголь ультрадисперсного помола
приобретает особенные свойства при его сжига-
нии непосредственно сразу после измельчения,
а именно: его реакционные свойства становятся
близкими к мазуту. При высокоскоростной тер-
мохимической подготовке угля тонкого помола
процесс горения происходит в основном в ки-
нетической области, а константы скорости реак-
ций возрастают вдвое [5]. Эти особенности были
Табл. 1. Интегральные результаты расчетов
на выходе из циклонной камеры
Параметр Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
d, мкм 20 10 10 (ультра)
CO, г/нм3 73,9 118 93
NOx, мг/нм3 0,0765 1,93 11,2
Унос коксового
остатка, %
1,26 0,0158 0,0112
Унос горючей
массы угля, %
0,24 0,168 0,0254
учтены при моделировании горения угля с раз-
мером частиц 10 мкм. Модель горения [3] была
модифицирована, а именно процесс горения кок-
сового остатка был представлен исключительно
кинетическим механизмом, а скорость термохи-
мической деструкции угля увеличена вдвое.
Результаты расчетов показали, что в ци-
клонной камере наблюдается сложная вихревая
структура течения с образованием зоны разряже-
ния на оси камеры.
Выбранная модель циклонной камеры ока-
залась в целом короткой для сжигания угля, о чем
свидетельствуют результаты по полям темпера-
туры и концентрации оксида углерода. В случае
сжигания частичек угля диаметром 20 мкм на-
блюдается вытеснение угля к стенкам камеры,
где проходит его термохимическая деструкция.
Вариант 1 характеризуется наименьшим значе-
нием температуры и наибольшим значением вы-
носа коксового остатка (табл. 1).
Анализ результатов гидродинамики показал,
что гидродинамика в циклонной камере сильно
зависит от распределения температуры (рис.1).
Так для варианта 1 распределение температуры
без существенного градиента приводит к увели-
чению скорости около стенок камеры вследствие
действия центробежных сил. Влияние твердой
фазы на профиль скорости наблюдается прибли-
зительно на одной трети высоты камеры, когда
под действием силы тяжести частички угля от-
ходят от стенок камеры и начинают двигаться в
направлении оси камеры.
В случае сжигания угольных частиц мень-
шего диаметра, около торцевой стенки наблю-
даются существенные радиальные торцевые
эффекты [6], которые усложняют задание удер-
жания частиц. Под действием радиального пе-
ретока в пограничном слое около торцевой по-
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, №7 11
верхности, масса угля распределяется по объему
камеры, что приводит к перемешиванию угля с
окислителем и улучшению процесса горения.
Этот факт подтверждается сравнением распре-
деления температуры (рис.1). В случае сжигания
угля ультрадисперсного помола в околоторцевую
осевую зону затягиваются холодные массы воз-
духа с входа. В этой зоне профиль температуры
принимает вид тора.
Следует отметить, что термохимическая де-
струкция частиц диаметром 10 мкм обычного
угля в основном завершается на трех четвертях
высоты камеры. В случае горения угля ультради-
сперсного помола термохимическая деструкция,
благодаря повышенным реакционным свойствам
угля, происходит в первой четверти камеры. Это
заключение справедливо также и для горения
коксового остатка. Горение в газообразной фазе
идет интенсивно на оси камеры и в верхней чет-
верти в районе диафрагмы, о чем свидетельству-
ют распределение концентрации оксида углерода
и температуры (рис.1, в). Концентрация оксидов
азота повторяет распределение температуры.
Зона максимальной генерации оксидов азота на-
ходится около диафрагмы. В этой зоне поток под
воздействием диафрагмы имеет сложный рецир-
кулирующий характер, что обеспечивает в этой
зоне большое время пребывания потока. Этим
можно объяснить минимальную концентрацию
оксида углерода и повышенную генерацию окси-
дов азота в этой зоне.
Выводы
Анализ результатов расчетов показал, что
уголь ультрадисперсного помола в сравнении с
обычным углем, дает лучшие эксплуатационные
и экологические результаты, а именно:
• Процесс горения требует меньшего объе-
ма;
• Обеспечивает качественное сжигание.
Для обеспечения качественного сжигания
угля необходимо применять циклонные камеры
с отношением длинна/диаметр больше 2. Также
можно рекомендовать стадийную подачу возду-
ха, для улучшения условий дожигания продук-
тов неполного горения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бурдуков А.П., Попов В.И., Фалеев В.А.,
Федосенко В.Д., Чернова Г.В., Чурашев В.Н. Ис-
следование технологии сжигания углей ультра-
тонкого помола и технико-экономическая эф-
фективность их применения в теплоэнергетике
// Горение и плазмохимия. –2006. – Т.4, № 4. –
С.288–299.
2. Устименко Б.П. Процессы турбулентного
переноса во вращающихся течениях. – Алма-
Ата: Наука, Каз.ССР. – 1977. – 228 с.
3. Халатов А.А., Кобзар С.Г., Головатюк
П.М., Березницький О.О. Застосування мето-
дів комп’ютерного моделювання при розробці
заходів з реконструкції енергоблоків тепло-
електростанцій//Енергетика та електрифікація.
– 2008. – №6. – С.48 - 55.
4. Кобзарь С.Г., Халатов А.А. Апробация
упрощенной модели расчета горения и формиро-
вания оксидов азота при сжигании жидкого то-
плива //Пром. теплотехника. –2003. – т.25, №4.
– С.391-392.
5. Burdukov, A. P. Prospects for Use of
Micronized Coal In Power Industry//Thermal
Science. – 2002. – Vol. 6, No. 1. – Р. 29–42
6. Кутателадзе С.С., Волчков Э.П., Терехов
В.И. Аэродинамика и тепломассообмен в огра-
ниченных вихревых потоках. – Новосибирск. –
1987. – 282с.
а) б) в)
Рис.1. Поле температуры газовой фазы:
а) – вариант 1; б) – вариант 2;
в) – вариант 3.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61012 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:41:49Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кобзарь, С.Г. Халатов, А.А. 2014-04-23T19:26:59Z 2014-04-23T19:26:59Z 2009 Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере / С.Г. Кобзарь, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 7. — С. 9-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61012 662.995:662.61 ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере Кобзарь, С.Г. Халатов, А.А. |
| title | Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере |
| title_full | Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере |
| title_fullStr | Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере |
| title_full_unstemmed | Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере |
| title_short | Исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере |
| title_sort | исследование процессов горения и теплообмена ультрадисперсных частиц угля в вихревой камере |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61012 |
| work_keys_str_mv | AT kobzarʹsg issledovanieprocessovgoreniâiteploobmenaulʹtradispersnyhčasticuglâvvihrevoikamere AT halatovaa issledovanieprocessovgoreniâiteploobmenaulʹtradispersnyhčasticuglâvvihrevoikamere |