Моделирование теплообмена в топках водотрубных котлов

Анализ полученных данных показывает, что для всех образцов в температурных интервалах 30-300°С потери массы сланца имеют наименьшие значения (таблица 2). В интервале температур 300-500°С, где наблюдаются в основном второй и третий максимумы, имеются более высокие потери массы сланцев. По-видимому, это связано с выделением основной массы паров смолы и газообразных углеводородов с одновременным образованием паров так называемой пирогенетической воды.

При переходе от одной стадии основного разложения к другой при повышении температуры при различных скоростях нагрева отмечается заметное увеличение Е^. Разница между активационными барьерами 1-й и 2-й стадий в пределах одинаковых скоростей нагрева составляет 39-55 кДж/моль (таблица 3). Увеличение скорости нагрева способствует снижению величин E^ на 2-й стадии разложения (94,1-82,9 кДж/моль). В целом можно отметить, что рассчитанные значения энергии активации соизмеримы с энергиями химических связей. Вероятность разрыва определенных типов связей в процессе деструкции заметно возрастает, о чем свидетельствуют различия между значениями k0 на 1-й и 2-й стадиях (на 1-2 порядка, т.е. k^ ~102 с-1, кд2 ~ 104 с-1).

Повышение скорости нагрева в от 3 до 15 град/мин на всех стадиях разложения приводит к сдвигу значений температур Tmax (соответствующих максимальному разложению) в сторону больших величин (ДТшах=100° С) и увеличению скорости vmax процесса деструкции сланца (в точке перегиба). Величина скорости vmax на 2-й стадии выше, чем на 1-й. Однако это не оказывает столь существенного влияния на общую степень разложения сланца (табл. 2), что по всей видимости, связано с компенсацией более высокой скорости меньшей длительностью процесса термолиза.

Литература

1. Kairbekov Z. K., Yemeliyanova V. S., Myltykbaeva Z. K., Bayzhomartov B. B. Thermocatalytic processing of brown coaland combustible slate of the «Kenderlik» deposit // Technical sciences, 2012. № 9. Р. 924-926.

2. Глущенко И. М. / Теоретические основы технологии горючих ископаемых: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1990. 296 с.

3. Гюльмалиев А. М., Головин Г. С., Гладун Т. Г. Теоретические основы химии угля. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. 556 с.

4. Шевкопляс В. Н. Расчет основных кинетических параметров твердых топлив по данным дериватографического анализа // Вопр. химии и хим. Технологии, 2007. № 2. С. 179-183.

Simulation of heat transfer in furnaces boilers Redko A.1, Davidenko A.2, Pavlovskiy S.3, Kulikova N.4

'Редько Андрей Александрович / Redko Andrei — доктор технических наук, профессор; 2Давиденко Анастасия Вячеславовна /Davidenko Anastasiia — аспирант; 3Павловский Сергей Валерьевич /Pavlovskiy Sergei — кандидат технических наук, ассистент; 4Куликова Наталья Валерьевна /Kulikova Nataliia — кандидат технических наук, ассистент, кафедра теплогазоснабжения, вентиляции и использования тепловых вторичных энергоресурсов, Харьковский национальный университет строительства и архитектуры, г. Харьков, Украина

Аннотация: в работе приводятся математическое моделирование и результаты численного исследования теплообмена в топке парового двухбарабанного водотрубного котла. Показана недостаточная эффективность горелочного устройства с высоким коэффициентом крутки, которая создаёт короткий факел и неравномерность температурного поля в объёме топки. Приводятся значения плотности радиационного и конвективного тепловых потоков по длине топки, показаны области с наиболее напряжёнными тепловыми потоками. Показано, что размещение в топке котла вторичного трубчатого излучателя обеспечивает увеличение плотности радиационного теплового потока на экранные трубные пучки, и равномерность плотности теплового потока по длине топки. Приводятся результаты исследования влияния других факторов на эффективность теплообмена в топке водотрубного котла.

Abstract: mathematical simulation and the results of the numerical analysis of the heat transfer in the furnace of a steam double-drum water tube boiler are considered in this work. Insufficient efficiency of the burning device with high coefficient of the warp, which creates a short flare and granularity of the temperature field in the volume of the furnace is shown. Values of the density radiative and convective heat flows along the length

of the furnace are reduced; fields with the most intensive heat flows are shown. The arrangements in the furnace of the boiler the secondary tubular emitter provides the increasing radiative heat flow density to screen tube bundles, and the regularity of the heat flow density along the length of the furnace. The results of research of influence from others factors on the efficiency of heat transfer in the furnace water-tube boilers are shown.

Ключевые слова: радиационный теплообмен, конвективный теплообмен, топка котла, вторичный излучатель.

Keywords: radiation heat exchange, convective heat exchange, boiler furnace, secondary emitter.

На промышленных и коммунальных предприятиях Украины находится в эксплуатации значительное количество двухбарабанных водотрубных паровых котлов. Опыт эксплуатации водотрубных котлов, работающих на природном газе или мазуте, в том числе модернизированных, показывает систематическое разрушение труб боковых экранов [1-3]. Использование короткофакельных горелок приводит к неравномерности температурного поля и плотности теплового потока, вследствие чего образуется накипь на внутренних поверхностях экранных труб. Однако, высокая взрывобезопасность, широкий диапазон регулирования тепловой мощности от 15% до 100%, возможность значительной перегрузки (до 140%) продолжают обеспечивать широкое использование водотрубных паровых котлов.

Одним из конструктивных решений повышения их эффективности является размещение в топке котла вторичных излучателей, которые обеспечивают увеличение радиационного теплового потока [4]. При этом в применяемом нормативном методе расчёта котельных агрегатов не учитывается конфигурация объёма и лучевоспринимающей экранной поверхности теплообмена топки и горелочных устройств [5]. Поэтому широко используются методики численного расчёта сложного радиационно-конвективного теплопереноса в объёме топочной камеры водотрубных котлов.

В работе приведены результаты численного исследования структуры газового потока, температуры, скорости, концентрации компонентов горения; локального и суммарного, лучистого и конвективного теплообмена. Математическую модель конвективного теплообмена в газовом тракте котла, сформированную на основе усредненных за Рейнольдсом уравнений Навье-Стокса с учетом гравитации и с пренебрежением сжимаемостью. Модель составляют уравнение неразрывности, переноса импульса, энергии и химических компонентов газовой смеси, записанные в стационарной форме. Считали, что топочные газы содержат пять компонентов: CH4, N2, O2, CO2 и H2O. Указанные выше уравнения заперт законом Ньютона для тензора давления, законом Фурье для теплового потока, законом Фика для потока массы, законом Клайперона-Менделеева для термодинамического состояния смеси газов, уравнениями модели турбулентности k-s Лаундер-Сполдинга и модели турбулентного горения Магнусена-Хертагера.

Полученную систему дифференциальных уравнений в частных производных, дополненную условиями однозначности, соответствующих конкретной решаемой задачи, интегрировали методом контрольного объема. Для описания радиационного переноса энергии в топке котла использовали модель дискретных ординат для серой среды. Определена аэродинамическая структура факела, поле статического и полного давления, дальнобойность и угол раскрытия факела. Результаты расчета позволили определить температурную неоднородность газового потока в объеме топочной среды.

Результаты расчёта показывают следующее. Размещение в топке котла тупиковой трубчатой поверхности обеспечивает повышение плотности радиационного потока от 89327,68 Вт/м2 до 101366,18 Вт/м2. Повышается равномерность плотности потока по длине топки. Соотношение радиационного и конвективного теплопереноса составляет соответственно qp=83,98% и qp=86,65%. При этом обеспечивается снижение выбросов оксидов азота до 123 мг/м3.

Изменение температуры в горизонтальной и вертикальной плоскостях по длине топки котла показывает наличие области максимальной температуры 1500^1700°С в ядре горения (без вторичного излучателя).

Скорость закрученного потока топочных газов также существенно изменяется в объёме топки от 26,28 м/с до 4,55 м/с в вертикальных сечениях по длине топки.

Распределение температуры газового потока по длине топки показано на рис. 1.

t,°c I

1 500 — 1400 — 1300 — 1200 — 1100 — 1000 — 900— 800— Г00 — ООО— 500--400 — 300 — 200 — 100 —

-1 ;0

Рис. 1. Распределение температуры газового потока по длине топки (1 — без вторичного излучателя;

2 — с вторичным излучателем)

Литература

1. Акопьянц Б. Е. и др. Особенности эксплуатации котлов ДКВр-20-13. Энергомашиностроение, 1973. № 3. С. 10-11.

2. Акопьянц Б. Е. Недостатки конструкции промышленных котлов ДКВР-20-13. Новости теплоснабжения, 2000. № 4.

3. Тайлашева Т. С. Анализ опыта эксплуатации котлов типа ДКВР. Вестник науки Сибири, 2014. № 3 (13). С. 11-15.

4. Басок Б. И., Демченко В. Г., Мартыненко М. П. Численное моделирование процессов аэродинамики в топке водогрейного котла с вторичным излучателем. Промышленная теплотехника. № 1, 2006. С. 17-22.

5. Герман М. Л., Бородуля В. А., Ноготов Е. Ф., Пальченок Г. И. Инженерный метод расчета температурного режима жаротрубных котлов с тупиковой топкой. Тепломассообмен ММФ-2000: Труды IV Минского Междунар. форума. Минск, 2000. Т. 2. С. 21-30.

Increase of operational efficiency hydroelectric power station of Akhangaran Muhammadiyev M.1, Sulliyev М.2

'Мухаммадиев Мурод Мухаммадиевич /MuhammadiyevMurod — доктор технических наук, профессор; 2СуллиевМузаффар Аскарович /SulliyevMuzaffar - магистр, кафедра гидравлики и гидроэнергетики, Ташкентский государственный технический университет им. Абу Райхана Беруни, г. Ташкент, Республика Узбекистан

Abstract: in this article it is offered the main technical characteristics of the hydropower equipment of Akhangaran hydroelectric station and it is given fetters of increase of operational efficiency of hydroelectric power station.

Аннотация: в данной статье рассматриваются вопросы повышения эксплуатационной эффективности Ахангаранской ГЭС и технические характеристики гидроэлектрической станции.

Keywords: consumption, reservoir, consumer, efficiency, hydrotechnical, construction, tunnel, flow, source, power.