Проблема выброса вредных веществ в атмосферу, посредством энергетических предприятий, может быть решена только на основе физического, математического и химического моделирования. В этой связи численный эксперимент становится одним из наиболее экономичных и удобных способов для детального анализа сложных физических и химических явлений, происходящих в топочной камере. Использование современных супер-ЭВМ (SUN) позволяет решать эти задачи для конкретных энергетических установок (ТЭС, ГРЭС и т.д.) и для любого энергетического топлива [1].
Разработанный метод 3D моделирования [2-3] был применен для проведения компьютерных экспериментов по применению новейших технологий «Overfire air — OFA» для снижения выбросов оксидов азота.
Метод OFA, или как его еще называют «метод острого дутья», включает в себя подачу всего объема воздуха для горения (первичного и вторичного) в два этапа: 70-90% воздуха подается в горелки, а остальное его количество подается в топочное устройство над горелкой «острое дутье» (рисунок 1). При смешивании в горелке топлива с контролируемым потоком воздуха создается относительно низкотемпературная, обедненная кислородом и обогащенная топливом зона горения в нижней части топочного устройства, которая помогает снизить образование NOx из азота, содержащегося в топливе (топливные NOx).
Рисунок 1. Различные варианты компоновки OFA инжекторов
«Острое дутье» подается над зоной основного горения в несколько воздушных каналов, расположенных на передней и задней стенках камеры сгорания над верхним уровнем горелок, для достижения как можно более полного сгорания топлива. Относительно низкая температура в обогащенной кислородом зоне дожигания обуславливает пониженное образование NOx из воздуха (термические NOx) [4].
Рисунок 2. Аэродинамическая картина введения в камеру сгорания воздушных дополнительных потоков по методу «Overfire Air»
На рисунке 2 представлены аэродинамические особенности возможных методов организации процесса горения с использованием «Overfire air» в реальной камере сгорания с тангенциальной схемой подачи топлива и окислителя. Видно, что преимущество данного метода заключается в том, что для широкого выбора компоновки инжектирующих источников, возможно обеспечить минимальные затраты при реорганизации существующего режима.
Численное моделирование процесса сжигания твердого топлива в пылеугольном состоянии проводилось нами на основе нелинейных дифференциальных уравнений, записанных с учетом химических реакций и состоящих из уравнений неразрывности и движения вязкой среды, уравнений распространения тепла и диффузии для компонентов реагирующей смеси и продуктов реакции с учетом теплового излучения и многофазности среды, уравнений k-e -модели турбулентности, а также уравнения состояния и уравнений химической кинетики, определяющих интенсивность нелинейных источников энергии и вещества [4-5].
Первичные инжектируемые потоки представляют собой первичный воздух (примерно 70-90 % от общего базового объема воздуха), который подается в камеру сгорания в смеси с твердым топливом, при относительно невысокой температуре (порядка 400 – 600 К). При этом удается достичь образования в области горелок богатой топливом зоны с пониженным содержанием кислорода, что способствует умеренному образованию топливных NOx.
Вторичные инжектируемые потоки (примерно 10-30% от общего базового объема воздуха) вводятся дополнительно выше зоны сгорания через специальные инжекторы с воздушными портами, которые устанавливаются в плоскости выше основных горелок. Местоположение таких дополнительных инжекторов зависит от конфигурации камер сгорания. В этой области основной процесс горения практически завершается. Следовательно, относительно низкая температура в области вторичного инжектирования ограничивает образование тепловых NOx.
На рисунках 1– 7 приведены результаты вычислительных экспериментов по влиянию подачи дополнительного воздуха (OFA –технология) на основные характеристики тепломассопереноса. Здесь же проведено сравнения с базовым режимом горения твердого топлива, когда подача дополнительного воздуха отсутствует (OFA=0%).
Список литературы:
- Askarova, Y. Heierle, R. Leithner, H. Mueller CFD Code FLOREAN for Industrial Boilers Simulations // WSEAS TRANSACTIONS on HEAT and MASS TRANSFER, Issue 4, Volume 4, 2009, ISSN: 1790-5044, рр.98-107, 10 p.
- Askarova, S. Bolegenova, V. Maximov, A. Bekmuhamet Mathematical simulation of pulverized coal in combustion chamber // Journal “Procedia Engineering”. — Volume 42 – 2012. -P.1150-1156.
- Askarova, S. Bolegenova, V. Maximov, A. Bekmuhamet Numerical research of aerodynamic characteristics of combustion chamber BKZ-75 mining thermal power station // Journal “Procedia Engineering”. — Volume 42. – 2012. — P.1250-1259.
- Askarova, S. Bolegenova, V. Maximov, A. Bekmuhamet M. Beketaeva Numerical experimenting of combustion in the real boiler of CHP // International Journal of Mechanics. — Issue 3, Volume 7. -2013. — P.343-352.
- Askarova, S. Bolegenova, A. Bekmukhamet, Sh. Ospanova, Z. Gabitova Using 3d modeling technology for investigation of conventional combustion mode of BKZ-420-140-7c combustion chamber // Journal of Engineering and Applied Sciences, ISSN:1816-949X. — Volume 9. — P.24-28.[schema type=»book» name=»ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ «ОСТРОГО ДУТЬЯ» К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ ГОРЕНИИ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ» description=»Проведены вычислительные эксперименты с применением технологии «Overfire Air» при горении пылеугольного факела в камере сгорания котла БКЗ-160 Алматинской ТЭС, которые позволяют достичь снижения вредных выбросов оксидов NOx и минимизировать потери энергии. Приведены результаты вычислительных экспериментов по влиянию подачи дополнительного воздуха (OFA –технология) на основные характеристики тепломассопереноса. Проведено сравнение с базовым режимом горения твердого топлива, когда подача дополнительного воздуха отсутствует (OFA=0%).» author=»Аскарова Алия Сандыбаевна, Болегенова Сымбат Алихановна, Максимов Валерий Юрьевич, Ергалиева Айгуль Болатовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-06-16″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)» ebook=»yes» ]