Численное исследование пространственных двухфазных течений и горения в пылеугольной топке с учетом шлакоулавливания

• Автор: Красильников, Сергей Витальевич
• Шифр специальности: 05.14.14, 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Современное представление и уровень моделирования

топочных процессов.

1.1. Обзор работ по моделированию трехмерных течений и теплообмена в топках.

1.2. Свойства минеральных компонентов пылевидного топлива

как фактор шлакования

1.3. Основные задачи моделирования.

Глава 2. Математическая модель пространственного

двухфазного турбулентного потока в камере сгорания с учетом шлакования

2.1. Описание аэродинамики, теплообмена и горения в газовой фазе.

2.2. Модель турбулентности.

2.3. Представление движения и теплообмена полидисперсных частиц в топке.
2.4. Учет влияния дисперсной фазы на несущую.
2.5. Формулировка граничных условий в том числе процесса шлакоулавливания
2.6. Осаждение дисперсной фазы на стенки.
Модифицированная модель Маршака
2.7. Выводы
Глава 3. Численный метод расчета двухфазных турбулентных
потоков в областях сложной геометрии.
3.1. Уравнение переноса для обобщенной переменной
3.1.1. Выбор конечноразностной сетки
3.1.2. Получение дискретных аналогов дифференциальных уравнений
3.1.3. Аппроксимация конвективных членов уравнений
3.1.4. Расчет поля давления. Выбор итерационного метода
для решения сеточного уравнения Пуассона.
3.2. Метод расчета движения и тепломассообмена топливных частиц и их воздействия на движение несущей среды.
3.3. Тестирование численной модели и метода расчета
3.4. Выводы
Глава 4. Исследование влияния условий подачи топливовоздушной смеси, дисперсного состава топлива и геометрии топки котла БКЗЖШ на аэродинамику, теплообмен, горение и шлакоулавливание.
4.1. Геометрические характеристики и условия ввода топлива и воздуха.
4.2. Влияние условий подачи топливовоздушной смеси на процессы шлакоулавливания.
4.2.1. Аэродинамика топки и осаждение шлака в топочной камере при изменении распределения нагрузки топлива на горелочные устройства.
4.2.2. Аэродинамика и осаждение шлака в топочной камере при разном угле наклона горелок по отношению к горизонту
4.3. Влияние дисперсного состава топлива на интенсивность осаждения золовых частиц на стенах топки.
4.4. Влияние изменения геометрии топки установки дополнительного пережима на шлакоулавливание
4.5. Выводы.
Глава 5. Пакет прикладных программ i 3 для численного
моделирования и визуализации результатов расчетов пространственной аэродинамики в пылеугольных
5.1. Общая характеристика пакета прикладных программ i 3.
5.2. Режимы организации вычислений
5.3. Графическое представление результатов
5.4. Выводы.
Заключение
Список литературы


Среди моделей процессов в котле, определяемых свойствами минеральной части угля, моделирование условий шлакообразования и компьютерный расчет коэффициента шлакоулавливания являются ключевыми, поскольку от результата зависит надежность моделирования всех последующих взаимодействий минеральной составляющей топлива с поверхностями нагрева в топке и газовом тракте. Учитывая определяющую роль аэродинамики для организации пылсугольного факельного сжигания в энергетических котлах, необходимо исследовать шлакообразование в комплексе с моделированием двухфазных течений, тепло и массообмена при горении. Предшествующими работами таких ученых как Паганкар С. Лаундер Б, Сполдинг Д. Б., Дектерев , Алексеенко С. В., Ильин В. П. и др. Работа выполнялась в соответствии с основными направлениями НИР Томского политехнического университета в рамках темы 6 ЕЗН Минобразования РФ и в продолжение исследований, выполненных ранее в ТПУ в соответствии с научнотехническими программами Исследование и освоение сжигания канскоачинских углей на электростанциях КАТЭКа на годы ГККТ при СМ СССР. Сибирь СО АН СССР, государственной НТП Экологически чистая энергетика. Целью работы является развитие математических моделей пространственных аэротермохимических топочных процессов, апробированных в проектноконструкторской практике создание усовершенствованного пакета прикладных программ для расчета и визуализации локальных характеристик топочной среды численное исследование влияния параметров двухфазных течений на степень улавливания шлака применительно к реальным топкам котельных агрегатов. I с современным многофункциональным интерфейсом. Для численного решения задачи применен метод конечных разностей со вторым порядком аппроксимации дифференциальных уравнений. Проведены специальные исследования по выбору метода решения разностных уравнений. Значительное до сокращение расчетного времени достигается при использовании метода минимальных невязок или метода бисопряженных градиентов с предобуславливанием по Н. И. Булееву. Впервые для топки с жидким шлакоудалением открытого типа с прямым вдуванием угольной пыли выполнены численные исследования шлакоулавливания в комплексе с эффективностью горения, аэродинамики и теплоотдачи, на основании которых установлены особенности влияния варьируемых факторов на параметры работы топки. Разработанный программный комплекс I 3 передан для использования в ООО Сибтсрм, в специализированную научноисследовательскую организацию по обследованию объектов котлонадзора ООО Теплоуниверсал. Результаты вариативных расчетов для котла БКЗЖШ используются ТЭЦ ОАО Юргинский машиностроительный завод для анализа эксплуатационных режимов и выработки наладочных мероприятий. Материалы выполненных исследований включены в лекционный курс и лабораторный практикум дисциплины учебного плана для специальности котло и реакторостроение в Томском политехническом университете. Достоверность результатов обеспечивается применением апробированных математических моделей и надежных методов вычислений, подтверждается хорошей сходимостью результатов вычислений с экспериментальными и вычислительными данными других авторов. Тестовые расчеты, выполненные с использованием разработанной численной модели для гидромоделей и натурных пылеугольных топок, показали хорошее воспроизведение результатов экспериментальных исследований. БКЗ Ж1П. Основные положения диссертационной работы докладывапись и обсуждались на международной конференции Сопряженные задачи механики и экологии Томск, г. IV научнотехническом семинаре и V, VI Всероссийской научнотехнической конференции Энергетика экология, надежность, безопасность Томск, , , г. V областной научнопрактической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Современные техника и технологии Томск, г. Всероссийской научнопрактической конференции Проблемы использования канскоачинских углей на электростанциях Красноярск, г. II семинаре вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике Томск, г. Германия, . XXVI Сибирском теплофизическом семинаре Новосибирск, г, на научных семинарах кафедры парогенераторостроения и парогенераторных установок Томского политехнического университета г.