Численные и экспериментальные исследования вихревых плазменно-топливных систем для безмазутного воспламенения энергетических углей

В.Е. Мессерле; А.Б. Устименко; Ю.Е. Карпенко; М.Ю. Чернецкий; А.А. Дектерев; С.А. Филимонов

doi:10.18321/

Авторы

В.Е. Мессерле Институт проблем горения, ул. Богенбай Батыра 172, 050012, Алматы, Казахстан; Сибирский Федеральный Университет, пр. Свободный 79, 660041, Россия, Красноярск; Институт Теплофизики СО РАН, пр. Академика Лаврентьева 1, 630090, Новосибирск-90
А.Б. Устименко Научно-исследовательский институт экспериментальной и теоретической физики КазНУ им. аль-Фараби, пр. аль-Фараби 71, 050040, Алматы, Казахстан
Ю.Е. Карпенко Отраслевой центра плазменно-энергетических технологий, ул. Пушкина 33, г. Гусиноозерск, 671160, Россия
М.Ю. Чернецкий Сибирский Федеральный Университет, пр. Свободный 79, 660041, Россия, Красноярск; Институт Теплофизики СО РАН, пр. Академика Лаврентьева 1, 630090, Новосибирск-90
А.А. Дектерев Сибирский Федеральный Университет, пр. Свободный 79, 660041, Россия, Красноярск; Институт Теплофизики СО РАН, пр. Академика Лаврентьева 1, 630090, Новосибирск-90
С.А. Филимонов Сибирский Федеральный Университет, пр. Свободный 79, 660041, Россия, Красноярск

DOI:

https://doi.org/10.18321/

Ключевые слова:

Горение, пылеугольное топливо, термохимическая подготовка, плазма, топка котла, численное моделирование

Аннотация

Выполнены исследования процессов подачи пылеугольного топлива и его горения в топке котла, оснащенного вихревыми плазменно-топливными системами. Представлены результаты трехмерного моделирования процессов традиционного сжигания угля и cжигания с плазменной активацией горения в топочном пространстве. Проведены численные исследования вихревой плазменно-топливной системы с подачей аэросмеси через улиточный аппарат. Выявлена зависимость траектории закрученного потока аэросмеси в вихревой плазменно-топливной системе от угла поворота улиточного аппарата и определен оптимальный угол поворота, при котором достигается устойчивое плазменное воспламенение пылеугольного факела. Показано, что применение плазменно-топливных систем на пылеугольных котлах повышает эффективность сжигания энергетических углей при одновременном снижении вредных выбросов. Испытания плазменно-топливных систем на котле БКЗ-420 Алматинской ТЭЦ-2 в режиме растопки котла из холодного состояния подтвердили возможность воспламенения высокозольных Экибастузских углей в холодной топке без подогрева первичного воздуха.

Библиографические ссылки

(1) Мессерле В.Е., Устименко А.Б. Плазмохимические технологии переработки топлив // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2012. Т. 55, Вып. 4. С. 30–34.

(2) Мессерле В.Е., Карпенко Е.И., Устименко А.Б., Тютебаев С.С., Карпенко Ю.Е., Еремина Т.В. Моделирование и испытания плазменно-топливных систем на котле БКЗ-420 Алматинской ТЭЦ-2 // Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления. 2012. № 2 (37). С. 21–27.

(3) Messerle V.E., Ustimenko A.B., Askarova A.S., Nagibin A.O. Pulverized coal torch combustion in a furnace with plasma-coal system // Thermophysics and Aeromechanics. 2010. V. 17, No. 3. P. 435–444.

(4) Messerle V.E., Ustimenko A.B., Tyutebaev S.S., Lukiaschenko V.G., Shevchenko V.N., Stepanov I.G., Umbetkaliev K.A., Nagibin A.O., Kozak V.N., Lavrichshev O.A., Karpenko E.I., Lobitsin S.V., Karpenko Yu.E. Tests of plasma-fuel systems in Almaty TPP-2 // Proceedings of the 7th International Scientific Conference “Modern Achievements in Physics and Physical Education”. Almaty, Kazakhstan, 3–5 October 2011. P. 3–5.

(5) Messerle V.E., Ustimenko A.B., Lukiaschenko V.G., Shevchenko V.N., Stepanov I.G., Umbetkaliev K.A., Nagibin A.O., Kozak V.N., Karpenko E.I., Lobitsin S.V., Karpenko Yu.E. Application of plasma-fuel systems in Almaty TPP-2 // Proceedings of the VI International Symposium on Theoretical and Applied Plasmachemistry. Ivanovo, Russia: Ivanovo State Chemical-Engineering University, 3–9 September 2011. P. 392–395.

(6) Messerle V.E., Karpenko E.I., Ustimenko A.B. Plasma assisted power coal combustion in the furnace of utility boiler: numerical modelling and full-scale test // Fuel. 2014. V. 126. P. 294–300. DOI: 10.1016/j.fuel.2014.02.047.

(7) ANSYS FLUENT User’s Guide. Release 14.0. ANSYS, Inc., November 2011.

(8) Zhang Y.-ch., Wang Z.-b., Jin Y.-h. Simulation and experiment of gas–solid flow field in short-contact cyclone reactors // Chemical Engineering Research and Design. 2013. Vol. 91, Issue 9. P. 1768–1776.

(9) Kaushal D.R., Thinglas T., Tomita Y., Kuchii S., Tsukamoto H. CFD modeling for pipeline flow of fine particles at high concentration // International Journal of Multiphase Flow. 2012. V. 43. P. 85–100.

(10) Swain S., Mohanty S. A 3-dimensional Eulerian–Eulerian CFD simulation of a hydrocyclone // Applied Mathematical Modelling. 2013. V. 37. P. 2921–2932.

(11) Darelius A., Rasmuson A., van Wachem B., Niklasson Björn I., Folestad S. CFD simulation of the high shear mixing process using kinetic theory of granular flow and frictional stress models // Chemical Engineering Science. 2008. V. 63. P. 2188–2197.

(12) Мессерле В.Е., Устименко А.Б., Лукьященко В.Г., Шевченко В.Н., Степанов И.Г., Умбеткалиев К.А., Козак В.Н., Синдеев А.Л., Лобыцин С.В., Карпенко Ю.Е., Сапрыкин Д.С., Тохтаев Р.Д. О результатах промышленных испытаний плазменно-топливных систем (ПТС) на пылеугольном котле БКЗ-420-140-7с ст. № 3 Алматинской ТЭЦ-2 // Сборник материалов VII Международного симпозиума «Горение и плазмохимия». Алматы: КазНУ им. аль-Фараби, 2013. С. 229–232. ISBN 978-601-04-0134-1.

(13) Интернет-ресурс: http://www.don-tech.ru/news/read.php?n=7

(14) Маршак Ю.Л., Артемьев Ю.П., Миронов С.П., Полферов К.Я. Пути улучшения сжигания низкосортного антрацитового штыба на электростанциях // Теплоэнергетика. 1988. № 9. С. 2–10.

(15) Волков Э.П., Перепелкин А.В. Технологические и экологические проблемы сжигания низкосортных топлив // Теплоэнергетика. 1989. № 9. С. 25–28.