CC BY
92
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ КОТЛА ПК-39 АКСУЙСКОЙ ГРЭС
Габитова Зарина Хамитовна
PhD-докторант, Казахский Национальный университет имени аль-Фараби,
Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: gabitova.zarina@mail. ru Аскарова Алия Сандыбаевна д-р физ.-мат. наук, профессор, Казахский Национальный университет имени
аль-Фараби, Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: aliya. askarova@kaznu. kz Максимов Валерий Юрьевич PhD, Казахский Национальный университет имени аль-Фараби, Республика
Казахстан, г. Алматы E-mail: maximov. v@mail. ru Бекмухамет Айдын
PhD-докторант, Казахский Национальный университет имени аль-Фараби,
Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: kazsat2006@gmail. com Бекетаева Меруерт Турганбеккызы PhD-докторант, Казахский Национальный университет имени аль-Фараби,
Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: mika. ¡986 86@mail. ru Оспанова Шынар Сабитовна PhD-докторант, Казахский Национальный университет имени аль-Фараби,
Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: shinar_ospanova87@mail. ru Ергалиева Айгуль Балатбековна магистрант, Казахский Национальный университет имени аль-Фараби,
Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: ergalieva1990@bk. ru
SIMULATION OF CONCENTRATION CHARACTERISTICS IN THE COMBUSTION CHAMBER OF BOILER PK-39 OF AKSU SDPP
Zarina Gabitova
PhD-student, Al-Farabi Kazakh National University, Republic of Kazakhstan, Almaty
Alya Askarova
Doctor of Physical and Mathematical Sciences, professor, Al-Farabi Kazakh
National University, Republic of Kazakhstan, Almaty
Valeriy Maximov
PhD, Al-Farabi Kazakh National University, Republic of Kazakhstan, Almaty
Aidyn Bekmukhamet
PhD-student, Al-Farabi Kazakh National University, Republic of Kazakhstan, Almaty
Meruert Beketaeva
PhD-student, Al-Farabi Kazakh National University, Republic of Kazakhstan, Almaty
Shynar Ospanova
PhD-student, Al-Farabi Kazakh National University, Republic of Kazakhstan, Almaty
Aygul Ergalieva
Master student, Al-Farabi Kazakh National University, Republic of Kazakhstan,
Almaty
АННОТАЦИЯ.
Проведены вычислительные эксперименты по исследованию концентрационных характеристик выделяемых продуктов горения при сжигании экибастузского угля в топочной камере котла ПК-39 Аксуйской ГРЭС (Аксу, Республика Казахстан).
Полученные графики 3-мерного распределения для различных сечений камеры сгорания, позволяют узнать характер распределений, а также минимальные, средние и максимальные значения этих величин по всему объему камеры сгорания.
ABSTRACT
Computational experiments to study the concentration characteristics of emissions from the combustion of Ekibastuz coal in the combustion chamber of the PK-39 boiler of Aksu SDPP (Aksu, Kazakhstan) were conducted.
Presented 3-dimensional graphics of main characteristics in different sections of the combustion chamber allow to know character of distributions and the minimum, average and maximum values of these characteristics at the output of the combustion chamber, in the region of the burner zone and throughout the combustion chamber.
Ключевые слова: камера сгорания; Экибастузский уголь; концентрационные характеристики.
Keywords: combustion chamber; Ekibastuz coal; concentration characteristics.
Обеспеченность страны энергетическими ресурсами и рациональное их использование является ключом к процветанию и обогащению страны несмотря на финансовый кризис в мире. Одним из таких энергетических ресурсов, которым богата Республика Казахстан являются природные
ископаемые. В отличие от нефти и природного газа, хранение и транспортировка угля не требует герметичных высоконапорных перекачивающих и подающих систем, резервуаров. Добыча угля производится в основном открытым способом, что делает данный вид топлива одним из самых дешевых. Однако в этом же и кроется снижение качества угля (высокая зольность). В связи с этим сжигание этих углей сопровождается увеличением вредных выбросов (сажа, оксиды углерода, азота и пр.). Таким образом, исследования в области прогрессивных технологий по совершенствованию установок сжигания пылеугольного топлива являются в настоящее время наиболее актуальными для всего энергетического комплекса Республики Казахстан.
Моделирование проводилось для камеры сгорания котла ПК-39 мощностью 300 МВт и паропроизводительностью 475 т/ч, работающего на экибастузских углях. Котел сверхкритического давления ПК-39 с промперегревом — прямоточный, двухкорпусный, Т-образной компоновки, с уравновешенной тягой, с твердым шлакоудалением. Оба корпуса котла имеют одинаковую симметричную конструкцию [3]. Топка котла оборудована 12 вихревыми трехканальными пылеугольными горелками, расположенными встречно в два яруса по 6 горелок в каждом. Горелки имеют различные размеры: 1,2 м для нижнего и 1,05 м для верхнего ярусов, которые обеспечивают разные коэффициенты избытка воздуха в них: аг=1,4 и аг=0,9 соответственно. Общий вид топочной камеры котла представлен на рисунке 1 [2].
7
Рисунок 1. Общий вид камеры сгорания
Скорость образования С02 и СО сильно увеличивается с ростом температуры. В свою очередь углерод при определенных температурных условиях реагирует с кислородом и углекислотой. В первом случае одновременно образуются оба окисла углерода — С02 и СО, а во втором случае в результате реагирования с углекислотой образуется окись углерода СО. Далее, взаимодействие окиси углерода и кислорода, дает третью реакцию — горение окиси углерода [1].
На рисунках 2 и 3 представлено трехмерное распределение концентрации СО и С02 в различных сечениях камеры сгорания. Используя эти графики, мы можем определить значения концентраций окиси и двуокиси углерода (СО и С02) в любой точке топочной камеры и на выходе из нее. Так, на выходе из топочного пространства среднее значение концентрации угарного газа в безразмерном виде составляет 1,97*10 кг/кг, а концентрация углекислого газа — 0,197 кг/кг.
Что касается максимальных значений окиси углерода, то они равны 7,44*10-3 кг/кг в области расположения горелок и 1,23* 10-3 кг/кг на выходе из топочного пространства соответственно. Максимальные значения же двуокиси
углерода в безразмерном эквиваленте равны 0,184 кг/кг — в области горелок, а на выходе из топочного пространства — 0,222 кг/кг соответственно.
Рисунок 2. Распределение концентрации СО в топочной камере в различных
сечениях
Рисунок 3. Распределение концентрации СО2 в топочной камере в
различных сечениях
При организации процессов горения также очень важно учитывать образование оксидов азота, в особенности оксидов N0 и N02, которые признаны одними из наиболее вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.
Можно указать два основных источника при формировании оксидов азота: окисление азота воздуха и переход азота угля в оксиды. При горении пылеугольной пыли, при умеренных температурах ядра факела (порядка 1500 °С) основным источником оксидов азота является азот топлива. При более же
высоких температурах значительную роль играет азот, входящих в состав подаваемого воздуха. В связи с этим для уменьшения выбросов оксидов азота рассматривается снижение температурного уровня и уменьшение избытка воздуха.
На рисунке 4 представлено графическое трехмерное распределение концентрации N0 для различных сечений. Учитывая важность выброса окиси азота при сжигании топлива, необходимо знать значения концентрации в различных областях топочной камеры. Используя эти графики, можно узнать минимальные и максимальные значения как на выходе из топочного пространства, так и в области расположения пояса горелок.
Рисунок 4. Распределение концентрации МО в топочной камере в различных
сечениях
Таким образом, максимальное и минимальное значение окиси азота равны
3 3
4635,4 и 48,52 мг/Нм в области расположения горелок и 880,1 и 485,6 мг/Нм на выходе из топочного пространства соответственно. Среднее значение концентрации моноксида азота в зоне подачи топлива равно 1229 мг/Нм3, а на выходе из топочного пространства составляет 686,5 мг/Нм .
Список литературы:
1. Алияров Б.К. Освоение сжигания экибастузского угля на тепловых электростанциях. Алматы: Былым, 1996. — 272 с.
2. Каталог-справочник подольского машиностроительного завода.
3. Askarova A.S.; Messerle V.E.; Loktionova I.V.; Ustimenko A.B. 3D modeling of the two-stage combustion of Ekibastuz coal in the furnace chamber of a PK-39 boiler at the Ermakovo district power station // Thermal engineering, New York, — 2003, — Vol. 50, — № 8. — P. 633—638.
