Проект топочной камеры и численное исследование топочных процессов в котле с циркулирующим кипящим слоем

Введение 14
1 Литературный обзор 17
1.1 Краткая историческая справка 18
1.2 Принцип работы котлов с ЦКС 19
1.3 Последние достижения 20
1.4 Преимущества и недостатки технологии ЦКС 24
1.5 Выдающиеся ученые в направлении ЦКС 25
2 Расчет и проектирование топочной камеры 26
2.1 Исходные данные 26
2.2 Описание прототипа 27
2.3 Расчет топочной камеры с ЦКС 27
2.4 Анализ расчетных данных 46
3 Численное исследование топочных процессов в ЦКС 47
3.1 Исследуемая модель 47
3.2 Результаты исследования 49
Список публикаций 86


Купить

Объектами исследования являются: топочная камера с циркулирующим
кипящим слоем; пакет прикладных программ для численного моделирования
топочных процессов.
Цель работы – отработка методики аналитического и численного расчета
топочной камеры котельного агрегата с циркулирующим кипящим слоем.
В процессе исследования проводились: конструкторский расчет топочной
камеры и численное исследование топочных процессов в топке котла с
циркулирующим кипящим слоем.
В результате определены геометрические параметры и тепловосприятие
топочной камеры, построена математическая модель и проведен анализ
полученных результатов.
Основные конструктивные, технические и технико-эксплуатационные
характеристики: КПД котлоагрегата составляет 86,98 %, высота топочной камеры
28 м, применены два сепаратора на выходе из топки для очистки дымовых газов и
возврата несгоревших частиц в топочный объем.
Степень внедрения: аналитическое проектное исследование для изучения
топочных процессов котлов с ЦКС.
Область применения: возможность эксплуатации на крупных ТЭС и
проектно-конструкторских отделах.
Экономическая эффективность/значимость работы определяется
возможностью сжигания не дорогих высокозольных твердых топлив, при
минимальных вредных выбросах.
В будущем планируется масштабное внедрение технологии с
циркулирующим кипящим слоем в отечественную энергетику.

Введение
В мире неизбежен закат нефтяной эпохи. На фоне падения нефтяного
бизнеса резко возрастет потребление природного газа и твердого топлива,
запасы которых тоже ограничены. Поэтому создание инновационной
энергетики будет определять будущее экономики [1].
Проблемы Российской энергетики можно охарактеризовать четырьмя
пунктами [2]:
1. Значительная доля оборудования ТЭС отработала свой ресурс. Без
работ по восстановлению, и продлению срока службы оборудования нельзя
обеспечить его бесперебойную работу.
2. Большинство отечественных станций проектировалось в прошлом
веке и привязывалось к определенной марке топлива. Часто в качестве
основного топлива используются каменный и бурый уголь. Качество
поставляемого угля не всегда соответствует проектным требованиям, что
приводит к ухудшению экологических показателей, снижению КПД станции и
ее надежности.
3. Не редкость, когда на станциях меняется топливная база. Сжигание
непроектных топлив приводит к масштабным реконструкциям.
4. Имеется мировая тенденция к снижению вредных выбросов в
атмосферу, в связи с чем стоит задача строительства экологически чистых ТЭС.
Анализируя вышеперечисленные тенденции в развитии ТЭС, особую
актуальность приобретают оптимальные решения по паровым котлам с
применением новых технологий. К таким технологиям относятся котлы с
циркулирующим кипящим слоем (ЦКС).
На сегодняшний день, технология ЦКС вышла на непрерывно
возрастающую роль в производстве электроэнергии. Эта технология является
очень привлекательной, так как может применяться в использовании низкого
качества углей. Из-за относительно низкой температуры горения (примерно 800
и 950 °С), уровень NO2 в котлах с ЦКС значительно ниже по сравнению с более15
часто используемыми пылеугольными котлами. Работа котла осуществляется
без использования сложных горелок или дополнительных средств очистки
дымовых газов. Удаление SO2 также является важным аспектом контроля над
выбросами в котлах с кипящим слоем [3].
Технология сжигания в циркулирующем кипящем слое принята после
модернизации сжигания топлива в псевдоожиженном (кипящем) слое. В
процессе эксплуатации выяснилось, что сжигать низкореакционное топливо в
кипящем слое проблематично. Возникали проблемы с высоким недожогом,
также плохо регулировались температура и выбросы. Для решения данных
проблем было предложено увеличить скорость сжижения, увеличить
циркуляцию и перемешивание частиц для лучшего выжига углерода и
связывания оксидов серы. Но рост скорости приводит к выбросу большого
количества частиц из топочной камеры. Для возврата несгоревших частиц и
поддержания процесса сжижения на выходе из топки устанавливались
циклоны. Все эти нововведения и стали основой технологии ЦКС для сжигания
топлива [4].
К основным достоинствам топок ЦКС относятся [5]:
 низкая температура горения, позволяющая связать оксиды серы
известняком, а также резко уменьшить образования оксидов азота;
 возможность сжигания различных марок топлива;
 длительное пребывание частиц в топке позволяет сжигать марки
углей с высокой зольностью.
Однако технология ЦКС имеет и ряд недостатков:
 за счет высоконапорных вентиляторов увеличиваются расходы на
собственные нужды;
 происходит усложнение конструкции, связанные с системой
возврата зольных частиц;
 большое наличие футерованных элементов.16
Несмотря на успешный опыт эксплуатации котлов с ЦКС в мировой
энергетике, в России до сих пор нет действующих котлов, работающих по
данной технологии. Также отсутствие нормативного метод расчета и
малоизученности газодинамических процессов в топочных камерах с ЦКС,
говорят об актуальности данного исследования.
Целью данного исследования являются отработка методики
аналитического и численного расчета топочной камеры котельного агрегата с
ЦКС, который позволит использовать полученные данные в конструкторских и
эксплуатационных работах и исследованиях.
Задачи:
 конструкторский расчет топочной камеры;
 анализ численных подходов моделирования;
 проведение математического моделирования ЦКС;
 анализ полученных данных в ходе исследования.
Купить