Совершенствование моделирования теплообмена в пылеугольных топочных камерах с твердым шлакоудалением

• Автор: Чернецкий, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 161 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Обзор работ по моделированию процессов в топочных камерах с твердым шлакоудалением
1.2 Транспортировка частиц к поверхности
1.3 Закрепление частиц на поверхности
1.4 Моделирование горения угольной пыли
1.4.1 Математическое описание выхода летучих
1.4.2 Горение коксового остатка
1.5 Выводы по главе
Глава 2. Математическая модель процессов в топочной камере
2.1 Описание турбулентной аэродинамики, теплообмена и горения в газовой фазе
2.1.1 Уравнения движения газа, теплообмена и переноса газовых компонент
2.1.2 Уравнение энергии
2.1.3 Уравнение переноса компонент среды
2.2 Моделирование турбулентности
2.3 Термодинамические свойства среды
2.4. Модель радиационного переноса тепла
2.5 Модель горения в газовой фазе
2.6 Описание движения, теплообмена и горения полидисперсных частиц угля в топочной камере
2.6.1 Уравнение движения частиц угля
2.6.2 Тепломассобмен и горение частиц угля в газовом потоке
2.6.3 Учет влияния дисперсной фазы на несущий газовый поток
2.6.4 Осаждение частиц на поверхности нагрева
2.7 Теплообмен в топочной камере при наличии процесса осаждения золовых частиц
2.8. Метод расчета процессов в топочной камере

2.8.1 Дискретизация уравнения переноса
2.8.2 Алгоритм расщепления между скоростью и давлением
2.9 Граничные условия
2.10 Выводы по главе
Глава 3. Расчет факельного сжигания угольного топлива
3.1. Расчет горения одиночной угольной частицы
3.2. Расчет факельного горения угля в топочной камере огневого стенда «СибВТИ»
3.3. Выводы по главе
Глава 4. Моделирование процесса шлакования в топочной камере котла П67
4.1. Выбор объекта исследования
4.2. Выбор модели шлакования для золы Березовского угля
4.3. Результаты расчетов топочной камеры котла П
4.4 Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Список публикаций
Благодарности
Материалы по использованию результатов
ВВЕДЕНИЕ
Согласно «Энергетической стратегии России на период до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ № 1234-р от 28.08.2003 г., твердое органическое топливо будет являться основным источником для производства энергии (на крупных энергоблоках) на длительную перспективу, поэтому проблема повышения эффективности его использования и экономного расходования является актуальной. Рост угольной энергетики будет покрываться в основном за счет ввода энергоблоков с традиционным факельным сжиганием угля.
Негативное отношение, препятствующее более широкому использованию ряда углей в энергетике, связано с интенсивным шлакованием и загрязнением поверхностей нагрева котлов. Проведение опытных сжиганий не может выявить в полной мере существующие зависимости процесса шлакования от качества топлива и физико-химических закономерностей процессов горения пылеугольных частиц. Вследствие этого, большую роль в разработке и совершенствовании технологий сжигания в пылеугольных котлах отводится численному моделированию.
Математическое моделирование топочных устройств является на сегодняшний день одним из важнейших способов получения наиболее представительной информации об аэродинамике, локальном и суммарном теплообмене. Несмотря на большие успехи, достигнутые в развитии численного эксперимента, большое разнообразие, до конца не изученная структура угля и сложные химические процессы, происходящие при горении угольного топлива и шлаковании, не позволяют создать универсальных моделей. На сегодняшний день отсутствуют работы, которые бы могли достаточно достоверно описать горение и шлакование угля в широком диапазоне существующих режимов работы котла и используемых углей. При этом ряд отдельных процессов, происходящих в топочной камере, моделируется с высокой степенью достоверности. Например, аэродинамика топочных камер. Один из путей совершенствования моделирования
поверхности, если скорость соударения по нормали ниже экспериментально определенной.
Основные сложности состоят в определении критической скорости. В работе Хе и др.(1993) предположили, что угол соударения с поверхностью влияет на критическую скорость соударения. Основываясь на
экспериментальных данных, они показали, что Укр в 1.8 раз больше при 90 град, (по нормали к поверхности) по сравнению с 15 град. Было предложено выражение для у через энергетический баланс:
Е п,Еа1 -энергия адгезш в гюрмальнаы и пангащстьнам направлении, соотзетсшаю кг*м /с Ер-тпщмэнгшврельтгшсгптешэйдефсрщшкг*л /с2
Если говорить о подходе на основе критической скорости, идея энергетического баланса является физически обоснованной и может быть расширена.
Среди доступных наиболее приемлемым количественным показателем для характеристики процесса налипания признаётся вязкость. Для исследования вероятности прилипания Walsh (1990) ввел критическую вязкость. Идея основана на том, что прилипание частицы зависит от площади контакта и диссипация кинетической энергии при соударении с поверхностью и увеличивается при уменьшении вязкости. Прилипание частицы обратно пропорционально вязкости и частица полностью прилипает вязкости меньше определенного значения.
Значения вязкости, при которой частица закрепляется на поверхности, измерены в диапазоне от ri=104-108 Пас при инерционном закреплении стекловидных частиц (Алехнович А.Н., 2006 ) и примерно до г)=109 Па-с при относительно большом времени контакта (измерения по методу «сидячей» капли или отрыва). Исследователи PSI Technology (J.J. Helble, S. et al, 1992)