МОДЕЛИРОВАНИЕ  КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ  ХАРАКТЕРИСТИК  В  КАМЕРЕ  СГОРАНИЯ  КОТЛА  ПК-39  АКСУЙСКОЙ  ГРЭС

Габитова  Зарина  Хамитовна

PhD-докторант,  Казахский  Национальный  университет  имени  аль-Фараби,  Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail:  gabitova.zarina@mail.ru

Аскарова  Алия  Сандыбаевна

д-р  физ.-мат.  наук,  профессор,  Казахский  Национальный  университет  имени  аль-Фараби,  Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail:  aliya.askarova@kaznu.kz

Максимов  Валерий  Юрьевич

PhD,  Казахский  Национальный  университет  имени  аль-Фараби,  Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail:  maximov.v@mail.ru

Бекмухамет  Айдын

PhD-докторант,  Казахский  Национальный  университет  имени  аль-Фараби,  Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail:  kazsat2006@gmail.com

Бекетаева  Меруерт  Турганбеккызы

PhD-докторант,  Казахский  Национальный  университет  имени  аль-Фараби,  Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail:  mika.1986_86@mail.ru

Оспанова  Шынар  Сабитовна

PhD-докторант,  Казахский  Национальный  университет  имени  аль-Фараби,  Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail:  shinar_ospanova87@mail.ru

Ергалиева  Айгуль  Балатбековна

магистрант,  Казахский  Национальный  университет  имени  аль-Фараби,  Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail: 

SIMULATION  OF  CONCENTRATION  CHARACTERISTICS  IN  THE  COMBUSTION  CHAMBER  OF  BOILER  PK-39  OF  AKSU  SDPP

Zarina  Gabitova

PhD-student,  Al-Farabi  Kazakh  National  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

Alya  Askarova

Doctor  of  Physical  and  Mathematical  Sciences,  professor,  Al-Farabi  Kazakh  National  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

Valeriy  Maximov

PhD,  Al-Farabi  Kazakh  National  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

Aidyn  Bekmukhamet

PhD-student,  Al-Farabi  Kazakh  National  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

Meruert  Beketaeva

PhD-student,  Al-Farabi  Kazakh  National  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

Shynar  Ospanova

PhD-student,  Al-Farabi  Kazakh  National  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

Aygul  Ergalieva

Master  student,  Al-Farabi  Kazakh  National  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

АННОТАЦИЯ.

Проведены  вычислительные  эксперименты  по  исследованию  концентрационных  характеристик  выделяемых  продуктов  горения  при  сжигании  экибастузского  угля  в  топочной  камере  котла  ПК-39  Аксуйской  ГРЭС  (Аксу,  Республика  Казахстан).

Полученные  графики  3-мерного  распределения  для  различных  сечений  камеры  сгорания,  позволяют  узнать  характер  распределений,  а  также  минимальные,  средние  и  максимальные  значения  этих  величин  по  всему  объему  камеры  сгорания. 

ABSTRACT

Computational  experiments  to  study  the  concentration  characteristics  of  emissions  from  the  combustion  of  Ekibastuz  coal  in  the  combustion  chamber  of  the  PK-39  boiler  of  Aksu  SDPP  (Aksu,  Kazakhstan)  were  conducted.

Presented  3-dimensional  graphics  of  main  characteristics  in  different  sections  of  the  combustion  chamber  allow  to  know  character  of  distributions  and  the  minimum,  average  and  maximum  values  of  these  characteristics  at  the  output  of  the  combustion  chamber,  in  the  region  of  the  burner  zone  and  throughout  the  combustion  chamber. 

Ключевые  слова:  камера  сгорания;  Экибастузский  уголь;  концентрационные  характеристики.

Keywords:  combustion  chamber;  Ekibastuz  coal;  concentration  characteristics.

Обеспеченность  страны  энергетическими  ресурсами  и  рациональное  их  использование  является  ключом  к  процветанию  и  обогащению  страны  несмотря  на  финансовый  кризис  в  мире.  Одним  из  таких  энергетических  ресурсов,  которым  богата  Республика  Казахстан  являются  природные  ископаемые.  В  отличие  от  нефти  и  природного  газа,  хранение  и  транспортировка  угля  не  требует  герметичных  высоконапорных  перекачивающих  и  подающих  систем,  резервуаров.  Добыча  угля  производится  в  основном  открытым  способом,  что  делает  данный  вид  топлива  одним  из  самых  дешевых.  Однако  в  этом  же  и  кроется  снижение  качества  угля  (высокая  зольность).  В  связи  с  этим  сжигание  этих  углей  сопровождается  увеличением  вредных  выбросов  (сажа,  оксиды  углерода,  азота  и  пр.).  Таким  образом,  исследования  в  области  прогрессивных  технологий  по  совершенствованию  установок  сжигания  пылеугольного  топлива  являются  в  настоящее  время  наиболее  актуальными  для  всего  энергетического  комплекса  Республики  Казахстан. 

Моделирование  проводилось  для  камеры  сгорания  котла  ПК-39  мощностью  300  МВт  и  паропроизводительностью  475  т/ч,  работающего  на  экибастузских  углях.  Котел  сверхкритического  давления  ПК-39  с  промперегревом  —  прямоточный,  двухкорпусный,  Т-образной  компоновки,  с  уравновешенной  тягой,  с  твердым  шлакоудалением.  Оба  корпуса  котла  имеют  одинаковую  симметричную  конструкцию  [3].  Топка  котла  оборудована  12  вихревыми  трехканальными  пылеугольными  горелками,  расположенными  встречно  в  два  яруса  по  6  горелок  в  каждом.  Горелки  имеют  различные  размеры:  1,2  м  для  нижнего  и  1,05  м  для  верхнего  ярусов,  которые  обеспечивают  разные  коэффициенты  избытка  воздуха  в  них:  a_г=1,4  и  a_г=0,9  соответственно.  Общий  вид  топочной  камеры  котла  представлен  на  рисунке  1  [2]. 

Рисунок  1.  Общий  вид  камеры  сгорания

Скорость  образования  CO2  и  CO  сильно  увеличивается  с  ростом  температуры.  В  свою  очередь  углерод  при  определенных  температурных  условиях  реагирует  с  кислородом  и  углекислотой.  В  первом  случае  одновременно  образуются  оба  окисла  углерода  —  CO₂  и  CO,  а  во  втором  случае  в  результате  реагирования  с  углекислотой  образуется  окись  углерода  CO.  Далее,  взаимодействие  окиси  углерода  и  кислорода,  дает  третью  реакцию  —  горение  окиси  углерода  [1].

На  рисунках  2  и  3  представлено  трехмерное  распределение  концентрации  CO  и  CO₂  в  различных  сечениях  камеры  сгорания.  Используя  эти  графики,  мы  можем  определить  значения  концентраций  окиси  и  двуокиси  углерода  (CO  и  CO₂)  в  любой  точке  топочной  камеры  и  на  выходе  из  нее.  Так,  на  выходе  из  топочного  пространства  среднее  значение  концентрации  угарного  газа  в  безразмерном  виде  составляет  1,97*10^-4  кг/кг,  а  концентрация  углекислого  газа  —  0,197  кг/кг. 

Что  касается  максимальных  значений  окиси  углерода,  то  они  равны  7,44*10^-3  кг/кг  в  области  расположения  горелок  и  1,23*10^-3  кг/кг  на  выходе  из  топочного  пространства  соответственно.  Максимальные  значения  же  двуокиси  углерода  в  безразмерном  эквиваленте  равны  0,184  кг/кг  —  в  области  горелок,  а  на  выходе  из  топочного  пространства  —  0,222  кг/кг  соответственно. 

Рисунок  2.  Распределение  концентрации  СО  в  топочной  камере  в  различных  сечениях

Рисунок  3.  Распределение  концентрации  СО2  в  топочной  камере  в  различных  сечениях

При  организации  процессов  горения  также  очень  важно  учитывать  образование  оксидов  азота,  в  особенности  оксидов  NO  и  NO2,  которые  признаны  одними  из  наиболее  вредных  веществ,  выбрасываемых  в  атмосферу. 

Можно  указать  два  основных  источника  при  формировании  оксидов  азота:  окисление  азота  воздуха  и  переход  азота  угля  в  оксиды.  При  горении  пылеугольной  пыли,  при  умеренных  температурах  ядра  факела  (порядка  1500  ºС)  основным  источником  оксидов  азота  является  азот  топлива.  При  более  же  высоких  температурах  значительную  роль  играет  азот,  входящих  в  состав  подаваемого  воздуха.  В  связи  с  этим  для  уменьшения  выбросов  оксидов  азота  рассматривается  снижение  температурного  уровня  и  уменьшение  избытка  воздуха. 

На  рисунке  4  представлено  графическое  трехмерное  распределение  концентрации  NO  для  различных  сечений.  Учитывая  важность  выброса  окиси  азота  при  сжигании  топлива,  необходимо  знать  значения  концентрации  в  различных  областях  топочной  камеры.  Используя  эти  графики,  можно  узнать  минимальные  и  максимальные  значения  как  на  выходе  из  топочного  пространства,  так  и  в  области  расположения  пояса  горелок. 

Рисунок  4.  Распределение  концентрации  NО  в  топочной  камере  в  различных  сечениях

Таким  образом,  максимальное  и  минимальное  значение  окиси  азота  равны  4635,4  и  48,52  мг/Нм³  в  области  расположения  горелок  и  880,1  и  485,6  мг/Нм³  на  выходе  из  топочного  пространства  соответственно.  Среднее  значение  концентрации  моноксида  азота  в  зоне  подачи  топлива  равно  1229  мг/Нм³,  а  на  выходе  из  топочного  пространства  составляет  686,5  мг/Нм³.

Список  литературы:

1.Алияров  Б.К.  Освоение  сжигания  экибастузского  угля  на  тепловых  электростанциях.  Алматы:  Fылым,  1996.  —  272  с.

2.Каталог-справочник  подольского  машиностроительного  завода.

3.Askarova  A.S.;  Messerle  V.E.;  Loktionova  I.V.;  Ustimenko  A.B.  3D  modeling  of  the  two-stage  combustion  of  Ekibastuz  coal  in  the  furnace  chamber  of  a  PK-39  boiler  at  the  Ermakovo  district  power  station  //  Thermal  engineering,  New  York,  —  2003,  —  Vol.  50,  —  №  8.  —  P.  633—638.