Повышение эффективности топочного устройства при переводе пылеугольных котлов на сжигание природного газа

• Автор: Юрьев, Евгений Игоревич
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 186 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И НАКОПЛЕННОГО ОПЫТА ПО ГОРЕЛОЧНЫМ И ТОПОЧНЫМ УСТРОЙСТВАМ, РАБОТАЮЩИМ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ, ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ВОПРОСАМ И ЧИСЛЕННОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ ТОПОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ
1.1 Обзор механизмов образования вредных выбросов при сжигании газообразного топлива
1.2 Методы снижения выбросов оксидов азота
1.3 Обзор энергетических горелочных устройств для сжигания газообразного топлива
1.4 Требования к вновь проектируемой горелке
1.5 Перевод котлов на сжигание газового топлива
1.6 Экспериментальные исследования горелочных устройств
1.7 Современный этап инженерных расчетов - численное моделирование физико-химических процессов
1.8 Выводы по первому разделу
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ С ВИХРЕВЫМИ ГАЗОВЫМИ ГОРЕЛКАМИ
2.1 Особенности технологии численного моделирования
2.2 Подготовка исходных данных для проведения численных экспериментов
2.3 Численное моделирование топочных процессов с полной геометрией одной вихревой горелки
2.4 Результаты численного моделирования топочных процессов котла БКЗ-320-140 с вихревыми горелками
2.5 Реконструкция двухпоточной вихревой газовой горелки
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ С ПРЯМОТОЧНОВИХРЕВЫМИ ГОРЕЛКАМИ

3.1 Прямоточно-вихревая горелка: конструкция и особенности
3.2 Подготовка данных для проведения моделирования
3.3 Ряд исследований с прямоточно-вихревой горелкой
3.4 Результаты численного моделирования с прямоточно-вихревыми горелками
3.5 Выводы по результатам моделирования
3.6 Общие выводы по разделу
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ С ПЛОСКОФАКЕЛЬНЫМИ ГОРЕЛКАМИ
4.1 Плоскофакельная горелка: параметры, конструкция и особенности
4.2 Компоновка плоскофакельных горелок
4.3 Подготовка данных для проведения моделирования
4.4 Результаты и выводы по первому варианту
4.5 Исследование параметров топочного процесса с плоскофакельными горелками
4.6 Выводы по результатам исследования топочных процессов с плоскофакельными горелками
5 ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1 Представление результатов
5.2 Сравнительный анализ результатов с различными конструкциями горелочных устройств
5.3 Распределение температур по высоте топки
5.4 Уточнение расчета коэффициентов распределения тепловых потоков по нормативной методике
5.5 Уточнение расчета температуры на выходе из топки
5.6 Рекомендации по принятию проектных решений при переводе котлов, геометрически подобных БКЗ-320-140, с угля на сжигание природного газа

5.7 Оценка экономического эффекта от внедрения разработанных
мероприятий
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А — Размеры топочной камеры и данные по работе вихревых
горелок
Приложение Б - Результаты численного моделирования с вихревой
горелкой и вариантами ее реконструкции
Приложение В - Визуализация результатов численного моделирования с
вихревыми горелками
Приложение Г - Визуализация результатов численного моделирования с
прямоточно-вихревыми горелками
Приложение Д — Визуализация результатов численного моделирования с
плоскофакельными горелками
Приложение Е - Количественные характеристики топочного процесса
Приложение Ж - Документы о внедрении результатов диссертации Юрьева Е.И. и их ценности для предприятий энергетического машиностроения

Далее приведем краткое описание основных математических моделей, применяемых для задач численного моделирования топочных процессов с выбором наиболее подходящих для настоящего исследования. Основной акцент будет сделан на процессы сжигания газообразного топлива (метан) в топочном объеме и программный продукт А1Ч8У8 СБХ используемый для моделирования топочных процессов.
1.7.1 Модель движения и конвективного теплопереноса
Среди методов моделирования горения топлива наибольшее распространение получил метод, в основе которого лежит Эйлеров подход для описания движения и тепломассообмена газовой фазы. Этот метод использует пространственные уравнения баланса массы, импульса, концентраций газовых компонентов и энергии для газовой смеси [5]. Для описания движения и тепломассообмена одиночных частиц, используется подход Лагранжа [5, 128].
1.7.2 Модель турбулентности
В книге Йоха и Йюна [136], посвященной компьютерному моделированию процессов горения, даны рекомендации по выбору модели турбулентности: в случае, когда недостаточно знаний для выбора
соответствующей модели турбулентности, рекомендована к-в модель как исходная точка для турбулентного анализа [136].
В руководстве пользователя АЫБУЗ СБХ [106] для моделирования процессов горения в камерах сгорания турбины рекомендована двухпараметрическая к-в модель турбулентности, как наиболее подходящая для большинства задач. Основными турбулентными характеристиками модели являются: к - кинетическая энергия турбулентности, в - скорости ее диссипации [106, 87, 15].
В большом количестве исследовательских работ посвященных численному моделированию топочных процессов используется к-в модель