ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ В ТОПКАХ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

С ЦИРКУЛИРУЮЩИМ КИПЯЩИМ СЛОЕМ

• резкое снижение вредных выбросов (зола, оксиды азота и серы);
• увеличение полноты сгорания за счет возврата несгоревшего топлива в топочную камеру;
• возможность эффективного сжигания низкокалорийных и высокозольных топлив.

В настоящее время достигнуты значительные успехи в практической реализации таких топок, однако пока еще отсутствует достаточно полное понимание физико-химических про-цессов, протекающих в них, без знания которых дальнейший прогресс в совершенствовании циркуляционного способа сжигания топлив невозможен. Значительная роль здесь принад-лежит численному моделированию, как важному иструменту для получения новых знаний о процессах, протекающих в топках с ЦКС.

Схема топки с ЦКС показана на рис.1. В топочную камеру (A) поступает как свежее топливо (1), так и возвратное (2), поступающее из циклона (B), улавливающего крупные несгоревшие частицы топлива и золы. Подача первичного (3) и вторичного (4) воздуха обеспечивают протекание процесса горения и образование в нижней части топки высокоскоростного кипящего слоя, значительно интенсифицирующего процесс сжигания топлива. Дымовые газы и мелкодисперсная зола выводятся из циклона в дымовую трубу (5). Благодаря такой мно-гократной циркуляции топлива в системе с ЦКС и обеспечиваются указанные выше преимущества циркуляционного способа его сжигания.

Особенностью ЦКС является тот факт, что твердая фаза (топлво, зола) является всегда полидисперсной, фракционный состав которой заранее неизвестен и определяется составом как свежего топлива, так и возвратного. Поэтому в основу математической модели для расчета топки с ЦКС было положено кинетическое уравнение для функции плотности вероятности распределения частиц по размерам [1]:

Основные допущения, принятые в используемой математической модели:

Используемая одномерная модель, безусловно не учитывает ряд существенно неодномерных эффектов, например, таких, как опускное движение частиц вблизи стенок камеры [2]. Однако она правильно отражает поведение различных интегральных харак-теристик процесса, определяющих основные режимы работы топок, при небольших затратах машинного времени. Это позволяет использовать ее в качестве основы при разработке специализированного программного обеспечения для систем автоматизированного управления работой котлоагрегатов с технологией ЦКС в режиме реального времени, когда влияние человеческого фактора является достаточно критичным для норамальной эксплуатации оборудования.

Проведено численное моделирование ряда режимов работы топки с ЦКС, на основе которого были получены зависимости кратности циркуляции топлива от размеров частиц свежего топлива и скорости подачи первичного воздуха, исследована динамика “отклика” поступления возвратного топлива, величины кратности циркуляции и мехнедожога на изменение скорости подачи свежего топлива и ряд других параметров, представляющих интерес с практической точки зрения.