Применение позонного метода оптимизации и упрощенной численной модели для разработки эффективных схем сжигания твердого топлива с использованием прямоточных горелочных устройств и сопел

В статье рассмотрено применение двух подходов к оптимизации расположения прямоточных горелок и сопл с использованием численного моделирования. Первый способ - позонный метод, второй - с использованием упрощенной численной модели. Объектами исследования являются две топки традиционного и инвертного типа с твердым шлакоудалением для котлов на сверхкритические и ультрасверхкритические параметры пара соответственно. Для обоих случаев использовался тощий каменный кузнецкий уголь, несколько отличающийся по характеристикам в рассматриваемых случаях, который в настоящее время сжигается в основном в топках с жидким шлакоудалением. Использование позонного метода подразумевает проведение последовательной оптимизации каждой из заранее выделенных зон топочной камеры в направлении движения дымовых газов с моделированием процесса горения твердого топлива при различных компоновках горелок и сопл. Разработана безразмерная схема сжигания угольной пыли в традиционной топке с восходящим движением дымовых газов. Использование упрощенной численной модели за счет определенных настроек позволило приблизить результаты моделирования топочной аэродинамики без учета протекания химических реакций к результатам с горением, что дало возможность существенно сократить время на проведение исследований. В результате моделирования топочной аэродинамики инвертной топки был выбран оптимальный вариант расположения прямоточных горелок и сопл. В статье рассмотрены основные особенности использования каждого способа исследования, критерии оптимизации, объекты исследования, исходные схемы сжигания, конструктивные параметры схем сжигания, изменяемые в ходе оптимизации, а также основные результаты выполненных оптимизаций. Полученные с помощью двух подходов к проведению исследований схемы сжигания твердого топлива с применениемпрямоточных горелочных устройств и сопл обеспечивают работу рассматриваемых топочных камер с лучшими значениями показателей эффективности и экономичности, чем при традиционном сжигании аналогичного топлива в топках с жидким шлакоудалением, находящимся на допустимом для Российской Федерации уровне.