CC BY
51
Физико-математические науки
Брикман И.А.
м.н.с., СФУ, г. Красноярск
Чернецкий М.Ю.
инженер, СФУ, г. Красноярск
Разработка математической модели и оптимизация четырехвихревой схемы сжигания для котла БКЗ-6401
Брикман И.А., Чернецкий М.Ю.
Повышение эффективности работы теплоэнергетического оборудования всегда являлось приоритетным направлением в развитии энергетической науки. Выход из строя старого оборудования из-за его старения и практически единичные вводы новых энергетических мощностей - все это заставляет более серьезно подойти к работе существующих станций. При наметившемся в последние годы экономическом росте может возникнуть дефицит энергетических мощностей. Решение задач по оптимизации работы ТЭЦ позволит повысить технико-экономические показатели станций, что приведет к повышению их конкурентоспособности на энергетическом рынке в условиях реструктуризации энергетической отрасли.
Решение многих возникающих задач значительно облегчает совершенствование методов и средств численного моделирования [1]. Появилась возможность проводить многопараметрические расчеты и создавать визуализацию полученных решений. Программа SigmaFlame [2], которая входит в пакет программ для численного моделирования процессов горения и аэродинамики SigmaFlow, позволила разработать математическую модель четырехвихревой схемы сжигания для котельного агрегата БКЗ-640 Гусиноозер-ской ГРЭС, а также провести оптимизацию существующего метода организации сжигания пылеугольного топлива.
По проекту СибВТИ на Гусиноозерской ГРЭС была выполнена реконструкция котла ст.№2 с переводом на твердое шлакоудаление [3]. Реконструированный котёл рассчитан на сжигание холбольджинского бурого угля. При реконструкции применена система пылеприготовления прямого вдувания с газовой сушкой топлива. Горелки прямоточные в количестве двенадцати штук установлены диагонально на боковых стенах топки в три яруса. На задней и фронтальной стенах были установлены пристенные сопла третичного дутья. Такая компоновка горелок и воздушных сопел должна сформировать четырёхвихревую аэродинамическую структуру факела (рисунок 1).
В настоящее время на Гусиноозерской ГРЭС осуществляется перевод котлов на сжигание окино-ключевского угля. В связи с этим, возникла необходимость в разработке технических решений по модернизации котла БКЗ-640 ст. №2.
Для повышения технико-экономических и экологических показателей, была разработана комплексная математическая модель теплообмена и аэродинамики топочного процесса, включающая расчетную сетку с примерно 700000 узлами, (рисунок 2). Данная модель была адаптирована к реальным условиям работы котельной установки.
Рассчитывались варианты четырёхвихревой топки с трёхъярусными горелками, установленными на боковых стенах топки по диагональной схеме, с трёхъярусными пристенными соплами третичного воздуха на фронтовой и тыльной стенах топки, без сопел нижнего дутья (СНД), с СНД, с наклоном горелок вниз на 10о и без наклона.
Вариант № 1 — исходный вариант без СНД и без наклона горелок.
Вариант № 2 — с наклоном горелок вниз на у = 10о, без СНД.
Вариант № 3 — без наклона горелок с СНД.
Вариант № 4 — с наклоном горелок вниз на у = 10о, с СНД.
1. Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, Со-глашение №8887.
Физико-математические науки
Рисунок 1. Схема четырехвихревой топки: 1 - горелки пылеугольные; 2 - сопла третичного дутья.
Рисунок 3. Температурные и скоростные поля.
Рисунок 2. Геометрия и расчетная сетка топочной камеры котла БКЗ-640 Гусиноозерской ГРЭС.
Рисунок 3 иллюстрируют температурные и скоростные поля четырехвихревой схемы без СНД и наклона горелок. В горизонтальных сечениях топки во всех вариантах наблюдается устойчивое движение газов, формирующее четыре вихря. Горелочные струи располагаются диагонально в центральных частях топки. Вдоль фронтового и тыльного экранов наблюдается движение потоков третичного дутья, которые способствуют формированию четырехвихревой схемы, снижают температуру газов у экранов, что положительно сказывается на уменьшении интенсивности их шлакования.
Наклон горелок вниз на 10о приводит к повышению на 20 оС температуры в верхней части холодной воронки и снижению на 9 оС температуры перед ширмами, (рисунок 4).
Включение СНД снижает температурный уровень в холодной воронке. Максимальные температуры в зоне активного горения изменяются незначительно. Наиболее привлекательным следует признать вариант № 4 с СНД и наклоном горелок вниз на 10о, обеспечивающий снижение температуры перед ширмами и на выходе из топки.
Таким образом, предлагается апробированная на Го-ГРЭС четырехвихревая аэродинамическая схема организа-
1МЫ ши їм 1
1М№
ІІИІ
*■
мя>
■г л
Г!
Тр
/
>»■
пая
Щ ||ТЧГ*«'"-ШГ'-Ч -'-и Р
и їй їй іи ил Щ I и X и
Рисунок 4. Температура газов по высоте топки на расстоянии 0,2 м от бокового экрана в поперечном сечении по оси топки
ции топочного процесса, предусматривающая блочную компоновку (от четырех пылесистем) на боковых стенах топки трехъярусных прямоточных горелок типа ГПР с наклоном вниз на 10 о, на фронтовой стене и задней стене разместить в три яруса пристенные сопла воздушного дутья. В нижней части холодной воронки предусмотрена система нижнего воздушного дутья по встречно-смещённой схеме. Данная оптимизация повысит энергетическую эффективность котла БКЗ-640, а также его технико-экономические показатели.
Список использованных источников
1. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.
2. А.А. Дектерев, А.А. Гаврилов, М.Ю. Чернецкий, Н.С. Суржикова. «Математическая модель процессов аэродинамики и теплообмена в пылеугольных топочных устройствах». Тепловые процессы в технике. - 2011. - Т.3. - №3. - С.140-144.
3. Алфимов Е.Г., Козлов С.Г., Фелькер А.А. и др. Результаты освоения реконструированного котла БКЗ-640-140 ст. №2 Гусиноозерской ГРЭС. Сб. докл. Все-рос. научн. практ. конф. «Проблемы использования Канско-Ачинских углей на тепловых электростанциях». 21—23 ноября 2000 г., Красноярск. С. 250-255.
Всероссийский журнал научных публикаций № 5(15) 2013
5
