Численное моделирование горения угля в топочной камере котельного агрегата

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье представлены результаты численного исследования физико-химических процессов в топочной камере парового котла при факельном сжигании полифракционного твердого топлива. С учетом наличия двухфазного потока рассмотрено применение схемы квадратичной восходящей интерполяции QUICK и монотонизированной противопотоковой схемы MLU для дискретизации пространственного и временного шага уравнения конвекции-диффузии. По результатам моделирования в целом выявлена хорошая сходимость результатов численного моделирования с натурными измерениями при использовании рассматриваемых схем аппроксимации. При этом выявлено, что при использовании схемы QUICK в областях с большими градиентами наблюдаются отклонения, приводящие к распространению неточности расчетов на последующие области. В обоих вариантах моделирования выявлены зоны, способствующие высокотемпературной коррозии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Гиль

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский Томский политехнический университет”

Автор, ответственный за переписку.
Email: andgil@tpu.ru
Россия, Томск

К. И. Мальцев

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский Томский политехнический университет”

Email: andgil@tpu.ru
Россия, Томск

Н. В. Абрамов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский Томский политехнический университет”

Email: andgil@tpu.ru
Россия, Томск

С. А. Пузырёв

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский Томский политехнический университет”

Email: andgil@tpu.ru
Россия, Томск

Список литературы

  1. Jones D. The Global Electricity Review 2021 // Ember. https://ember-climate.org/app/uploads/2021/03/Global-Electricity-Review-2021.pdf (дата обращения: 24.04.2024).
  2. Pourkashanian M., Ma L., Porter R., Edge P., Black S., Clement A., Ingham D.B. Challenges and opportunities in simulation of coal and biomass combustion in power plants // THMT-15. Proceedings of the Eighth International Symposium on Turbulence Heat and Mass Transfer. 2015. pp. 45–71.
  3. Ding X., Li W., Liu P., Kang Zh. Numerical calculation on combustion process and NO transformation behavior in a coal-fired boiler blended ammonia: Effects of the injection position and blending ratio // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48. No. 76. pp. 29771–29785.
  4. Баутин С.П., Обухов А.Г. Численное моделирование сложных течений газа в концентрированных огненных вихрях // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2019. Том 5. № 3. С. 47–68.
  5. Đugum A., Hanjalić K. Numerical simulation of coal-air mixture flow in a real double-swirl burner and implications on combustion anomalies in a utility boiler // Energy. 2019. Vol. 170. pp. 942–953.
  6. Гиль А.В., Заворин А.С., Красильников С.В., Обухов С.В., Старченко А.В. Исследование аэродинамики и горения в топке котла БКЗ-420-140 применительно к вариантам замещения проектного топлива // Известия Томского политехнического университета. 2007. Т. 310. № 1. С. 175–181.
  7. Neumann L.E., Šimůnek J., Cook F.J. Implementation of quadratic upstream interpolation schemes for solute transport into HYDRUS-1D // Environmental Modelling & Software. 2011. Vol. 26. No. 11. pp. 1298–1308.
  8. Nishikawa H., White J.A. An efficient quadratic interpolation scheme for a third-order cell-centered finite-volume method on tetrahedral grids // Journal of Computational Physics. 2023. Vol. 490. Article 112324.
  9. Forester C.K. Higher order monotonic convective difference schemes // Journal of Computational Physics. 1977. Vol. 23. No. 1. pp. 1–22.
  10. Šimůnek J. Models of water flow and solute transport in the unsaturated zone // Encyclopedia of Hydrological Sciences / M. G. Anderson, J. J. McDonnell (eds.). John Wiley & Sons. 2006.
  11. Тайлашева Т.С., Гиль А.В., Воронцова Е.С. Оценка условий сжигания высоковлажного непроектного топлива в камерной топке на основе численного моделирования // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2016. Том 327. № 1. С. 128–135.
  12. Каган Г.М. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). 3-е изд., перераб. и доп. СПб.: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. 256 с.
  13. Гиль А.В., Старченко А.В., Заворин А.С. Применение численного моделирования топочных процессов для практики перевода котлов на непроектное топливо: монография. Томск: STT, 2011. 183 с.
  14. Ярин Л.П., Сухов Г.С. Основы теории горения двухфазных сред. СПб.: Энергоатомиздат, 1987. 312 с.
  15. Fischer K., Leithner R., Müller H. Three-dimensional simulation of the gas-solid flow in coal-dust fired furnaces // Two-Phase Flow Modelling and Experimentation: Proceedings of the First International Symposium / G. P. Celata, R. K. Shah (eds.). Pisa: ETS. 1995. Vol. 1. pp. 1387–1393.
  16. Бубенчиков А.М., Старченко А.В. Численные модели динамики и горения аэродисперсных смесей в каналах. Томск: Изд-во Томского гос. ун-та, 1998. 236 с.
  17. Виленский Т.В., Хзмалян Д.М. Динамика горения пылевидного топлива. М.: Энергия, 1978. 248 с.
  18. Leonard B.P. A stable and accurate convective modelling procedure based on quadratic upstream interpolation // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1979. Vol. 19. No. 1. pp. 59–98.
  19. Noll B. Evaluation of a bounded high-resolution scheme for combustor flow computations // AIAA Journal. 1992. Vol. 30. No. 1. pp. 64–69.
  20. Sheu T.W.H., Fang C.C., Tsai S.F., Huang Ch.-Yu. On an adaptive monotonic convection – diffusion flux discretization scheme // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1999. Vol. 173. No. 1–2. pp. 201–215.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Эскиз топочной камеры: 1 – горелочные устройства.

Скачать (86KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Векторное поле скоростей в продольном сечении по оси топочной камеры (м/с): (а) MLU; (б) QUICK.

Скачать (232KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Векторное поле скоростей в поперечном сечении по оси топочной камеры (м/с): (а) MLU; (б) QUICK.

Скачать (269KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение температуры в вертикальном сечении по продольной оси топки (К): (a) MLU; (б) QUICK.

Скачать (123KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение температуры в горизонтальном сечении по оси верхнего яруса горелок (К): (a) MLU; (б) QUICK.

Скачать (171KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Концентрация О2 в вертикальном сечении по продольной оси топки (%): (a) MLU; (б) QUICK.

Скачать (137KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Концентрация О2 в горизонтальном сечении по оси верхнего яруса горелочных устройств (%): (a) MLU; (б) QUICK.

Скачать (171KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Концентрация CО2 в горизонтальном сечении по оси верхнего яруса горелочных устройств: (a) MLU; (б) QUICK.

Скачать (161KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Распределение температуры по высоте топки, °C.

Скачать (99KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024