Исследование сжигания низкосортного угля

Повышение цен на нефть и газ, а также значительно меньшие их запасы, по сравнению с запасами твердого топлива, делает все менее привлекательным использование газообразного и жидкого топлива на паровых и водогрейных котлах малой и средней мощности.

Существующие технологии сжигания низкосортных топлив имеют целый ряд недостатков, не позволяющих полностью использовать заложенную в них энергию. Применение в энергетике альтернативных видов топлив затруднено также и недостаточной изученностью свойств этих топлив и процессов при их сжигании в топочных устройствах.

Целью работы является вовлечение в топливный баланс Алтайского края бурого угля Мунайского месторождения, разработка котельных установок, позволяющих эффективно сжигать этот уголь с повышением эксплуатационного КПД котла.

На начальном этапе разработки новых конструкций топочных камер для котлов на низкокачественном топливе активно используются численные методы для определения необходимой геометрии топки и расположения сопел вторичного/острого дутья, а также распределения воздуха по соплам.

Следующим шагом является либо экспериментальная проверка расчетных данных на масштабной установке, либо разработка рабочего проекта котла и его постройка. В обоих случаях полученные экспериментальные данные анализируются для коррекции ошибок.

Приведены результаты экспериментов по сжиганию одиночных частиц топлива. Эксперименты проводились с частицами разной массы бурого угля Мунайского разреза на установке для определения динамики термического разложения топлива. Предложена формула для вычисления времени стадий горения частиц топлива. Расчетные и экспериментальные данные использовались при численном моделировании аэродинамики топочных устройств при расчете необходимого времени нахождения горящей частицы в объеме топки до полного выгорания. Предлагаемую формулу можно использовать при расчетах подобных схем сжигания низкосортного топлива.

Уточнены значения следующих коэффициентов при сжигании в вихревой топке бурого угля Мунайского разреза: коэффициент тепловой эффективности экранов, коэффициент, учитывающий положение максимума температуры пламени, потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива.

На основе анализа характеристик бурого угля Мунайского разреза приведены рекомендации по дальнейшему конструированию топочных устройств для его эффективного сжигания.

Предложен профиль топочной камеры, который позволяет удерживать частицы топлива в топочной камере до их полного выгорания.

Результаты работы использовались при разработке серии водогрейных котельных агрегатов тепловой мощностью 1…3,5 МВт. Котлы этой серии введены в эксплуатацию в России (Алтайский край, Кемеровская область, Новосибирская область, Омская область) и Белоруссии. Кроме того, полученные данные использовались при реконструкции паровых котлов производительностью до 10 т/ч и водогрейных котлов мощностью до 10 МВт.

Соответствие результатов численного моделирования результатам натурных испытаний указывает на возможность использования математического моделирования на начальных стадиях разработки новых конструкций топочных устройств вместо натурных экспериментов, что удешевит и ускорит их ввод в эксплуатацию.