Введение 11
1 Литературный обзор 15
1.1 Технология сжигания топлива в котлах с ЦКС. Особенности, преимущества,
недостатки 15
1.2 Методы моделирования процессов в котлах с ЦКС в России 18
1.3 Методы моделирования процессов в котлах с ЦКС в зарубежных странах 21
2 Расчет котла с циркулирующим кипящим слоем 28
2.1 Тепловой расчет топочной камеры 28
2.2 Расчет циклона 37
2.3 Расчет систем возврата и пневмозатворов 42
3 Исследование и анализ способов моделирования процессов гидрогазодинамики котлов с ЦКС в программном комплексе ANSYS Fluent... 45
3.1 Метод Эйлера-Эйлера 45
3.2 Метод Эйлера-Лагранжа 55
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение.... 67
4.1 Инициализация и оценка инновационного потенциала научного исследования ... 67
4.2 Планирование научного исследования. Расчет трудоемкости работ 69
4.3 Формирование бюджета научного исследования 70
4.3.1 Основные расходы на оборудование 70
4.3.2 Заработная плата 71
4.3.3 Дополнительная заработная плата: 72
4.3.4 Отчисления на социальные цели 72
4.3.5 Расходы на служебные командировки 72
4.3.6 Амортизация основных фондов и нематериальных активов (15 % от
материальных затрат) 73
4.3.7 Расходы на проведение научно-исследовательской работы 73
4.4 Определение ресурсной и экономической эффективности исследования 73
5 Социальная ответственность 78
5.1 Производственная безопасность 78
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования 78
5.1.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на рабочем
месте при проведении исследования 79
5.1.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия опасных и
вредных факторов 81
5.2 Экологическая безопасность 88
5.2.1 Анализ возможного влияния объекта исследования на окружающую среду 88
5.2.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду 89
5.3 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны исследователя .... 90
Заключение 93
Список публикаций 95
Список литературы 97
Приложение А - Analysis of the numerical algorithms applicability for the processes simulation of the boiler furnace with CFB 102
Приложение Б - Календарный план-график НИР (диаграмма Г анта) 125
Купить

Объектом исследования является котел с циркулирующим кипящим слоем, мощностью 406 МВт.
Метод исследования - численное моделирование в пакете прикладных программ ANSYS Fluent.
Предмет исследования - методы численного моделирования котла с циркулирующим кипящим слоем.
Целью данного исследования является анализ применения различных численных алгоритмов для моделирования процессов в котле с ЦКС.
Задачи:
- расчет топочной камеры, циклона, пневмозатвора;
- анализ численных подходов при моделировании котлов с ЦКС;
- проведение математического моделирования котла с ЦКС;
- анализ полученных данных в ходе исследования.
Принятые сокращения и условные обозначения: ЦКС - циркулирующий кипящий слой;
ГРЭС - городская районная электростанция;
КПД - коэффициент полезного действия;
ВТИ - Всероссийский теплотехнический институт; ТЭЦ - теплоэлектроцентраль.

Введение
Как полагают эксперты, будущее теплоэнергетики будет связано с применением топок с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС), которые предназначены для сжигания влажного и высокозольного топлива.
Сжигание топлива в ЦКС - это серьезная конкуренция для технологии пылевидного сжигания угля. Данный способ открывает новые возможности для сферы энергетики, решая такие задачи как увеличение эффективности выгорания высокозольного и влажного топлива, уменьшение зольных выбросов, сжигание окислов серы и азота, повышение уровня утилизации минеральной части топлива. Котлы с циркулирующим кипящим слоем лучше подходят для ступенчатого сжигания, которое позволяет снизить выбросы оксидов азота [1].
В настоящее время мировой опыт эксплуатации котлов с ЦКС очень богат. За годы использования ЦКС в энергетике удалось серьезно уменьшить металлоемкость, совершенствовать различные конструктивные решения, повысить уровень надежности и экономичность.
Несмотря на успешный опыт эксплуатации котлов с ЦКС в мировой энергетике, в России представлен только единственный образец (Новочеркасская ГРЭС-9), работающий на данной технологии. Также отсутствуют нормативные методики расчета и малоизучены газодинамические процессы в топочных камерах с ЦКС. Это негативно отражается на развитии отечественного котлостроения и энергетики в целом.
В связи с нехваткой опыта эксплуатации и проектирования котлов с ЦКС, проведение натурных экспериментов невозможно, а проведение исследований на лабораторных установках сопряжено с рядом, за частую не преодолимых, трудностей, связанных с материальными ограничениями на проектирование и монтаж установки, наличия квалифицированного лабораторного персонала, обеспечения пожарной безопасности и т.п.
Поэтому на современном этапе научных исследований вычислительный эксперимент является одним из важных направлений при изучении задач аэродинамики, тепломассообмена и горения. Информация, полученная с помощью численных расчетов, позволяет не только правильно осмыслить и понять физические эффекты, наблюдаемые, например, на экспериментальных установках, но и в некоторых случаях заменить физический или натуральный эксперимент компьютерным как более дешевым и менее трудоемким.
Проведение исследований направленных на совершенствование методов исследования топочных процессов в котлах с ЦКС на основе математического моделирования являются весьма актуальными. Поэтому целью исследования является анализ применения различных численных алгоритмов для моделирования процессов в котле с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС).
В процессе исследования проводилась апробация различных математических подходов на моделях котлов с ЦКС; произведен расчет величины расхода первичного и вторичного воздуха, а также необходимый расход топлива; выполнен расчет геометрических размеров котла с ЦКС и произведён анализ их влияния на аэродинамику частиц и воздуха; выполнена вариация различных начальных условий с целью оценки изменения результатов моделирования.
В результате исследования сделан вывод по возможному применению при моделировании котла с ЦКС каждого из методов - Эйлера-Эйлера и Эйлера-Лагранжа, каждый из которых может быть использован для того или иного случая в зависимости от поставленных задач. Полученные контурные графики и зависимости позволяют оценивать различные параметры прямо, либо косвенно влияющих на работу реального объекта моделирования, а также вносить необходимые правки в конструкцию при необходимости.
В диссертации представлен следующий графический материал:
- контурные графики концентраций частиц и воздуха по сечениям топочной камеры и циклона с цветовой индексацией по объему в долях;
- контурные графики статического давления с цветовой индексацией по давлению в вертикальных, горизонтальных и продольных плоскостях топочной камеры и циклона;
- контурные графики скорости с цветовой индексацией по скорости в вертикальных, горизонтальных и продольных плоскостях топочной камеры и циклона;
- контурные графики температуры с цветовой индексацией по температуре в вертикальных, горизонтальных и продольных плоскостях топочной камеры и циклона;
- контурный график теплового потока с цветовой индексацией по теплоотдаче стен топочной камеры и циклона;
- графики траектории движения частиц;
- графики распределения температуры частиц по высоте и глубине топочной камеры;
- графики распределения статического давления по высоте и глубине топочной камеры;
- произведено сравнение экспериментальных данных с расчетными, полученных в ходе исследования.
Публикации по работе. Основное содержание выполненных
исследований изложено в 6 докладах в сборниках конференций (представлены в БД РИНЦ, из которых 2 статьи на английском языке, цитируемые SCOPUS).
Апробация работы. Основные результаты работы, излагаемые в настоящей магистерской диссертации, были представлены на следующих конференциях и форумах:
- IV Международный молодежный форум «Интеллектуальные энергосистемы»;
- IV-ой российской молодежной научной школы-конференции «Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи»;
- VII Всероссийской научной конференции с международным участием «Теплофизические основы энергетических технологий»;
- I Международная научно практическая конференция студентов и аспирантов «Современные тенденции котлостроения».
Купить