Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов

Проведены численные расчеты влияния рециркуляции на изменение расхода топлива и выход NOx в диапазоне коэффициента избытка воздуха α = 1.0...1.2 и кратности рециркуляции r = 0...0.5. Установлено, что перерасход топлива в условиях поддержания заданного олезного теповосприятия определяется изменением...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2004
1. Verfasser:	Апальков, А.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2004
Schriftenreihe:	Промышленная теплотехника
Schlagworte:	Использование и сжигание топлива
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61603
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов / А.П. Апальков // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 142-146. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61603
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-616032025-02-23T18:59:03Z Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов Thermodynamic estimation of influence of air surplus coefficient and combustion products recirculation on power-ecological characteristics of fuel-utilizing units Апальков, А.П. Использование и сжигание топлива Проведены численные расчеты влияния рециркуляции на изменение расхода топлива и выход NOx в диапазоне коэффициента избытка воздуха α = 1.0...1.2 и кратности рециркуляции r = 0...0.5. Установлено, что перерасход топлива в условиях поддержания заданного олезного теповосприятия определяется изменением КПД топки, обусловленного рециркуляцией продуктов сгорания. Выполнены расчеты равновесных продуктов сгорания при температурах Tfl = 25…500 °С с целью оценки влияния коэффициента избытка воздуха α в диапазоне α = 1…2 на изменение расхода топлива. Проведено чисельні розрахунки впливу рециркуляції на зміну витрати палива та вихід NOx в діапазоні коефіцієнтів надлишку повітря α = 1.0...1.2 та кратності рециркуляції r = 0...0.5. Встановлено, що перерозподіл палива в умовахпідтримання потрібного корисного теплосприйняття визначаєься зміною ККД топки, що обумовлений рециркуляцією продуктів згоряння. Виконано розрахунки рівноважних продуктів згоряння при температурах Tfl = 25…500°С з метою оцінки впливу коефіцієнту надлишку повітря α в діапазоні α = 1…2 на зміну витрати палива. Numerical calculations of recirculation influence on change of the fuel consumption and emission NOx in a range of excess air ratio β = 1.0...1.2 and recirculation ratio r = 0...0.5 are carried out. It is established, that the fuel overexpenditure in conditions of maintenance of available heat depends on change of efficiency combustion chamber, caused by combustion products recirculation. Calculations of equilibrium combustion products are carried out at temperatures Tfl = 25…500 °С with the purpose of estimation of influence of excess air ratio β in range β = 1…2 on change of the fuel consumption. 2004 Article Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов / А.П. Апальков // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 142-146. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61603 536.7:662.765.765:622.76 ru Промышленная теплотехника application/pdf Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Использование и сжигание топлива Использование и сжигание топлива
spellingShingle	Использование и сжигание топлива Использование и сжигание топлива Апальков, А.П. Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов Промышленная теплотехника
description	Проведены численные расчеты влияния рециркуляции на изменение расхода топлива и выход NOx в диапазоне коэффициента избытка воздуха α = 1.0...1.2 и кратности рециркуляции r = 0...0.5. Установлено, что перерасход топлива в условиях поддержания заданного олезного теповосприятия определяется изменением КПД топки, обусловленного рециркуляцией продуктов сгорания. Выполнены расчеты равновесных продуктов сгорания при температурах Tfl = 25…500 °С с целью оценки влияния коэффициента избытка воздуха α в диапазоне α = 1…2 на изменение расхода топлива.
format	Article
author	Апальков, А.П.
author_facet	Апальков, А.П.
author_sort	Апальков, А.П.
title	Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов
title_short	Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов
title_full	Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов
title_fullStr	Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов
title_full_unstemmed	Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов
title_sort	термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2004
topic_facet	Использование и сжигание топлива
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61603
citation_txt	Термодинамическая оценка влияния коэффициента избытка воздуха и рециркуляции продуктов сгорания на энергоэкологические характеристики топливоиспользующих агрегатов / А.П. Апальков // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 142-146. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT apalʹkovap termodinamičeskaâocenkavliâniâkoéfficientaizbytkavozduhairecirkulâciiproduktovsgoraniânaénergoékologičeskieharakteristikitoplivoispolʹzuûŝihagregatov AT apalʹkovap thermodynamicestimationofinfluenceofairsurpluscoefficientandcombustionproductsrecirculationonpowerecologicalcharacteristicsoffuelutilizingunits
first_indexed	2025-11-24T13:57:51Z
last_indexed	2025-11-24T13:57:51Z
_version_	1849680379897708544
fulltext	использование и сжигание топлива УДК 536.7:662.765.765:622.76 АПАЛЬКОВ А.П. Институт газа НАН Украины ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗБЫТКА ВОЗДУХА И РЕЦИРКУЛЯЦИИ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ НА ЭНЕРГОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВОИСПОЛЬЗУЮЩИХ АГРЕГАТОВ Проведено чисельні розрахунки впливу рециркуляції на зміну витрати палива та вихід NOx в діапазоні коефіцієнтів надлишку повітря α = 1.0...1.2 та кратності рециркуляції r = 0...0.5. Встановлено, що перерозподіл палива в умовах підтримання потрібного корисного теплосприйняття визначає ься зміною ККД топки, що обумовлений рециркуляцією продуктів згоряння. Виконано розрахунки рівноважних продуктів згоряння при температурах T т α = 1…2 на зміну витрати палива. п л е α = 1…2 на изменение расхода топлива. on change of the fuel consumption. ива, δBf – перерасход топлива, %; а), кг/кмоль; fl = 25…500°С з метою оцінки впливу коефіцієнту надлишку повітря α в діапазоні Проведены численные расчеты влияния рециркуляции на изменение расхода топлива и выход NOx в диапазоне коэффициента избытка воздуха α = 1.0...1.2 и кратности рециркуляции r = 0...0.5. Установлено, что перерасход топлива в условиях поддержания заданного олезного теп овосприятия определяется изменением КПД топки, обусловленного рециркуляцией продуктов сгорания. Выполнены расчеты равновесных продуктов сгорания при температурах Tfl = 25…500 °С с целью оценки влияния коэффициента избытка воздуха α в диапазон Numerical calculations of recirculation influence on change of the fuel consumption and emission NOx in a range of excess air ratio β = 1.0...1.2 and recirculation ratio r = 0...0.5 are carried out. It is established, that the fuel overexpenditure in conditions of maintenance of available heat depends on change of efficiency combustion chamber, caused by combustion products recirculation. Calculations of equilibrium combustion products are carried out at temperatures Tfl = 25…500 °С with the purpose of estimation of influence of excess air ratio β in range β = 1…2 Bа – расход окислителя; Bf – расход топл I – энтальпия; Lst – стехиометрический коэффициент, кг/кг, (м3/м3); Ma – молярная масса окислителя (воздух Mf – молярная масса топлива, кг/кмоль; р нQ − низшая теплота сгорания, кДж/кг; Т – теоретическая температура горения, °С; Тfl – а на выходе из агрегата (температура α – к воздуха; η – коэффициент ого действия. рания; т − теоретический. ок r – кратность рециркуляции; Т температур печи), °С; оэффициент избытка полезн Индексы: f − топливо; fl − выход из агрегата; g − продукты сго w − садка печи; Введение При разработке и создании нового оборудования, использующего в качестве топлива природный газ (метан), основными требованиями является эффективное использование топлива и снижение выбросов токсичных веществ. При создании котельной техники, работающей на природном газе, для соблюдения жестких тре- бований по токсичным выбросам прежде всего необходимо искать пути сокращения выбросов сидов азота NOx как основного загрязнителя атмосферы. С целью уменьшения образования оксидов азо- та NOx используется рециркуляция продуктов сгорания на выходе из котлоагрегата в свежую топливно-окислительную смесь (реализуется по- 142 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 использование и сжигание топлива дачей в факел, в воздух горения или в топливо). Влияние рециркуляции на выход оксидов объяс- няется действием нескольких факторов: а) сниже- нием максимальной температуры в зоне горения из-за разбавления охлажденными продуктами сгорания; б) снижением концентраций реагирую- щи избытками воздуха. Пр н х газов из топливо, интенсивность их воздействия м ся а ии нагрузки котла; в) дутьевого воздуха. К недостаткам ввода газов рециркуляций следуе из-за ув х веществ из-за разбавления продуктами сго- рания [1]. Метод относится к экономичным технологическим мероприятиям подавления оксидов азота. Наибольшее уменьшение содержания NOx достигается одновременным применением наряду с рециркуляцией газов таких методов как ступенчатое сжигание, перераспределение топлива по ярусам, сжигание топлива с малыми еимущество перечисленных технологических методов: изкие капитальные затраты, не требуется специальное оборудование. Рециркуляция газов в топочную камеру в настоящее время широко применяется в котлах большой мощности, установленных на крупных электростанциях. При этом более эффективной является не внутренняя рециркуляция горячих топочных газов в горелку, а внешняя рециркуляция предварительно охлажденны хвостовой части котла в дутьевой воздух. При подаче газов рециркуляции не в дутьевой воздух, а в возрастает. Эффективность рециркуляции тем больше, че выше температура в зоне горения. Она снижает при: ) уменьшен б) увеличении коэффициента избытка воздуха; уменьшении температуры горения топлива; г) повышении содержания азотосодержащих соединений; д) уменьшении температуры т отнести снижение КПД котла еличения объёмов газов и повышения температуры уходящих газов за котлом. Цели и методика исследования В настоящей работе задачей исследования яв- ляется определение влияния рециркуляции про- дуктов сгорания и коэффициента избытка воздуха α на энергетическую эффективность и образова- ние NOx в рабочем пространстве топливоисполь- зующих агрегатов (котельных агрегатов) и выход оксидов азота в продуктах сгорания. В Институте газа НАНУ разработана и реализована термодинамическая методика расчета влияния коэффициента избытка воздуха α и рециркуляции продуктов сгорания на увеличение затрат топлива. Данная методика по расчету энергетической эффективности и удельного расхода топлива в рабочем пространстве топливоиспользующих агрегатов детально рассмотрена в [2, 3, 4]. Выполнение расчетов по данной методике связано с использованием универсального компьютерного продукта “FUEL”, разработанного в Институте газа НАНУ под руководством Б.С. Со-роки для расчета составов, тер имодинамических и теплофиз ческих свойств равновесных продуктов реакции исходной смеси, характеризуемой произвольным соотношением С:Н:О:N. В этом случае предполагается наличие десятков компонент в продуктах реакции (продуктах сгорания). Термодинамический анализ является более пр качестве меры эффективности принимаются η топлива ηf для сгора две полезной теплоты Q и потери с уходящими остым, однако лишь оценочным методом расчета, ибо требует предварительного задания температуры уходящих газов Тfl, значение которой при заданной технологической температуре определяется интенсивностью тепло- и массообменных процессов. В КПД использования теплоты H и «идеальных» топок [2], то есть камер ния, для которых характерны только составляющие в тепловом балансе: потоки us продуктами сгорания flQ ( ), , , ,fl g T g fl g fl g TusQ Q I I I I+ = ∆ − ∆ + ∆ = ∆ ; (1) , 0, , 0, T flw w H H id T T f f T T T I Ii i I I B H I I −∆ ∆ η = = = η = − ⋅ ∆ − ; (2) ( ) ( ),0, 0,f f TT T T T B HI I I I , w f id * T flw f I Ii i −∆ ∆ η = = = η = ; (3) ⋅∆− − ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 143 использование и сжигание топлива КПД топки рассчитываются через полные эн- тальпии смеси продуктов сгорания (теплоносите- ля): при теоретической температуре сгорания Тт и при температуре а выходе из топочного про- странства T н тем, что отсчет нулевых энтальпий ве fl. В связи с дется от состояния равновесия при стандартных условиях (Т0 = 298 К), при котором в продуктах сгорания Н2О находится в виде воды (конденсация п дуктов сгорания), требуется включение в рассматриваемую схему дополнительных устройств помимо задействованных в топках котлов и печей [2]. ро Вместе с тем, как правило, в отечественных публикациях и практике оценка эффективности использования топлива ведется через низшую теплоту сгорания р нQ . Принятие в качестве характеристики топлива р нQ имеет своим сл случае, излу ожно представить в виде произведения едствием рассмотрение Н2О в продуктах сгорания в виде пара. распределение в топке является заданным, то будет неизменным и распределение результирующих тепловых потоков при наличии рециркуляции продуктов сгорания в отсутствии рециркуляц Если температурное ии в если теплообмен в топке осуществляется чением. Так как полезное тепловосприятие идеальных печей м ( ), ,g g T g flH B H H∆ = ∆ − ∆ , условие задачи сопоставления фиксиро расходов топлива (горючего) при рециркуляции может быть сформулировано в ( ) ( ), ,fl g g T g flB H′ ′′′ ′′∆ − ∆ = ∆ − . (4) уляции, ( )′′ рециркуляцией. ванных α при использовании виде , ,g g T gB H H H∆ Здесь ( )′ − без рецирк − с Обозначив выражение в скобках через ∆, получим: gB′′ ′∆ = . gB′ ′′∆ (5) Очевидно B′ ( )11g f a f st a fB B B L M M −′ ′ ′= + = + α ; (6) g f a gB B B rB′′ ′′ ′′+ + ; (7) ′′ = ( ) ( )1 st a fL M M − . (8) 1 1g fB r B′′ ′′− = + α При этом изменение расхода топлива (перерас- ход) при использовании рециркуляции составит относительную величину ( ) , 1 1f r f f r B B 1f f fB B B B ′′ ′ ′′ ′− ∆ − δ = = − = − ′ ′ . (9) С учетом изложенного выше для идеальной - чи: ′′∆ пе ( )1f ff f f B B r′′ ′′ η∆ − == ′ ′′ ′′∆ η . (10) По подобной методике рассчитыва тся и изме-е нение (перерасход) топлива при изменении коэф- фициента избытка воздуха: 1.0 , 1.0 1.0 1f f f f f f B B B B B B α α= α α α= α= − δ = = − . (11) Обсуждение результатов иапазоне коэффициента избытка Численный анализ был проведен на примере газообразного топлива – метана с азотно- кислородным окислителем. Были проведены численные расчеты влияния рециркуляции на изменение расхода топлива и выход NOx в д 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.1 0.2 r δBf,r, % 1 3 2 0.3 Рис. 1. Влияние рециркуляции продуктов сгорания r на перерасход топлива δBf,r при Tfl = 1100 °С при разных значениях α: 1 – 1,0; 2 – 1,1; 3 – 1,2. 144 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 использование и сжигание топлива во ию без ре расчеты равновесных продуктов сго и r для фиксированных значений α. Повышение значения к повышению уровня содержания азота. Влияние r не 17 здуха α = 1.0...1.2 и кратности рециркуляции r = 0...0.3. Полученные результаты представлены на рис. 1. Установлено, что при r = 0.05 и Tfl = 1100 °С перерасход топлива δBf,r к значен 0 5 10 15 20 25 30 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 α δBf,α,% 1 2 3 4 5 6 Рис. 2. Влияние коэффициента избытка воздуха α на перерасход топлива δBf,α при следующих значениях Tfl, °C: 1 - 25; 2 - 100; 3 - 200; 4 - 300; 5 - 400; 6 - 500. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 NOx(O2=3% dry),%vol 1300 1500 1700 1900 2100 0 0.1 0.2 0.3 r TT,C α =1.0 α =1.2 α =1.0 α =1.2 а) б) Рис. 3. Изменение содержания оксидов азота NOx в продуктах сгорания (а) и теоретической температуры горения метано-воздушной смеси ТТ (б) в зависимости от изменения кратности рециркуляции продуктов сгорания r для значе- ний α = 1.0, 1.05, 1.1, 1.15, 1.2. циркуляции (r = 0) составляет ∼5.5 % практически независимо от α; при r = 0.1 перерасход увеличивается до 12.6...12.7 %, при r = 0.2 – до 33.6…35.6 % (для разных α). С целью оценки влияния коэффициента избытка воздуха α в диапазоне α = 1…2 были выполнены рания при температурах Tfl = 25…500°С. Полученные расчетные данные представлены на рис. 2. При фиксированной температуре процесса с увеличением α наблюдается возрастание расхода топлива. Наиболее существенный перерасход топлива наблюдается при Tfl = 500 °С и составляет δBf,α = 28 % при α = 2, в то время как при Tfl = 100 °С и α = 2 перерасход составляет всего δBf,r = 2.8 %. На рис. 3. представлены результаты расчета содержание оксидов азота NOx в продуктах сгорания метано-воздушной смеси при α = 1.0…1.2. При этом наблюдается снижение содержания оксидов азота NOx в продуктах сгорания метано- воздушной смеси по мере увеличения кратности рециркуляци α приводит оксидов сколько понижается с ростом α. Для α = 1.0 при r = 0.05 сокращение выхода оксидов азота NOx составляет величину порядка 24 %, при r = 0.2-72 %, для α = 1.2 при r = 0.05 сокращение выхода оксидов азота NO составляет величину порядка x .7 %, при r = 0.2-60%. Отметим также (см. рис. 3) снижение теоретической температуры горения как с повышением α, так и значения кратности рециркуляции r. Выводы 1. Расчеты термодинамически равновесных со- стояний продуктов сгорания могут быть исполь- зованы для оценки энергетической эффективности ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 145 использование и сжигание топлива и удельного расхода топлив в топливоисполь- зующих агрегатах в допущении “идеальной печи”. 2. Установлено, что перерасход топлива в условиях поддержания заданного полезного тепловосприятия определяется изменением КПД топки, обусловленного рециркуляцией продуктов сгорания. 3. Установлено, что рециркуляция продуктов сгорания приводит у перерасходу дл .3 для разных α перерасход имеет разную величину. 4. Установлено, что затраты топлива в иксированной температуры процесса. Влияние α озрастает при увеличении значения Tfl. одинамических расчетов уляция ктов сгора- та ЛИТЕРАТУРА 2. Киев: Наукова 3. 4. Сорока Б.С. Топливные п сификации процессов тепло- и массопереноса// Материалы 5-го Минского международного фо-рума по тепло- и массообмену.– Минск, Бе- лоруссия, 24-28 мая, 2004.– 25 с. Получено 26.09.2004 г. УДК КУКО к Р их котлів. Експериментально досліджено процесів на ії взаємодії рговитрат ментально исследована ди процессов в йствия п шной п Показана возмо ения энергозатрат п ге зольных уг f rocesses at the initial raction between an lasma jet and air pulverized jet has been investigated. A possibility of energy expenditure duction at the oilless ignition of tive high ash coals has own. х, В, %; расход, г/с; ; ь топлива, кДж/кг; к одинаковом топлива, практически независимо от величины α я значений r ≤ 0.2, а в диапазоне r = 0.2…0 у ф еличиваются с увеличением α для в 5. В ходе анализа терм ановлен ркуст о, что реци проду ния приводит к снижению выбросов оксидов азо- NOx. 1. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива.– Л.: Недра.− 1977.– 294 с. Сорока Б.С. Интенсификация тепловых процессов в топливных печах.– думка, 1993.– 413 с. Сорока Б.С., Шандор П. Термодинамический анализ энергоэкологической эффективности использования топлива // Пром. теплотехника.– 1999.– Т. 21.– № 6.– C. 43-50. ечи в проблеме интен- ∗ Выполнено под руководством д.т.н., проф. Б.С. Сороки. 622.61, 537.533 ТА Ю.П., БОНДЗИК Д.Л., ДУНАЕВСКАЯ Н.И., ЧЕРНЯВСКИЙ Н.В. Институт угольных энерготехн ПЛАЗМЕННЫЙ АНТРАЦИТОВ П Запропоновано варіант ступiнчастої плазмової термохімічної підготовки антрацитового пилу перед спалюванням в топці пиловугільн ологий НАН и Минтопэнерго У ПОДЖИГ ВЫСОКО И ИХ ФАКЕЛЬНОМ Предложен вариант ступенчатой плазменной термохимической подготовки антрацитовой пыли перед сжиганием в топке пылеугольных котлов. Экспери раины ЗОЛЬНЫХ СЖИГАНИИ A plasma thermochemical variant of pulverized anthracite preparation for its incineration in a coal-fed furnace has been proposed. The dynamics o динаміку теплових адпочатковій ст пиловугільної суміші з повітряною плазмовою струминою. Показано взаимоде с возду можливість зменшення ене при безмазутовому підпалюванні низько реакційного високозольного вугілля. поджи высоко намика тепловых адии thermal p stage of inteначальной ст ылеугольной смеси лазменной струей. air p coal жность сниж ри безмазутном re низкореакционных low reac en shлей. be A – зольность, %; I – ток дуги, А; V – напряжение дуги и выход летучи G – массовый P – электрическая мощность, кВт; Q – тепловыделения и теплопотери, кВт± T – температура, К, °С; Qн р – теплотворная способност 146 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6

Institution

Ähnliche Einträge