Розвиток методу розрахунку радіаційного теплообміну в низькоемісійних топках

На основании численного анализа, выполненного с использованием компьютерной программы, разработанной автором, проведены расчеты распределения температур в объеме топки и на ее обмуровке, в горелочных узлах, а также определенные результирующие тепловые потоки на трубчатых секциях котла. Установлено, что [NOx] является функцией режимных и геометрических характеристик топки, а также организации процесса горения.

Показано, что влияние коэффициента избытка первичного воздуха вp и кратности рециркуляции носит экстремальный характер; рекомендовано оптимальное значение вp?0.75…0.8, обеспечивающее наименьший выход NOх.

Выполнен количественный расчет лучистого тепловосприятия каждой из секций для котлов типа ДКВР (6.5/13 и 10/13), ГМ-50, БКЗ-75, а также водогрейного теплофикационного котла ТВГ-8 с двухсветными экранами - при фундаментальной постановке задачи (при задании температур в топке). Проведен анализ влияния рециркуляции на эффективность использования топлива и снижение выбросов NOx. В ходе расчета топки котла ТВГ-8 получены распределения тепловых потоков на приемных поверхностях и температур - в объеме по высоте топочного пространства, а также количественные значения снижения образования NOx и КПД топки - в зависимости от расхода топлива и кратности рециркуляции.

Установлено, что метод Монте-Карло является действенным средством расчета как интегрального (или усредненного для топки), так и локального теплового состояния котельной топки и отдельных ее узлов с учетом конструкции топки и режима ее эксплуатации (изменение состава топлива, окислителя, рециркуляция продуктов сгорания).

Ключевые слова: двухступенчатое сжигание, кинетика горения, котел (котлоагрегат), лучистый (радиационный) теплообмен, математическая модель, метод Монте-Карло, оксиды азота, природный газ, промышленная печь, рециркуляция продуктов горения (сгорания).

Summary

Zgurskyy V.O. Development of the calculation method of radiative heat exchange in low emission furnace. - Manuscript.

Thesis submitted for the Candidate of sciences (Engineering) degree (Ph.D. degree) nomination by speciality 05.14.06 - engineering thermal physics and industrial heat power engineering. - Gas Institute, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2007.

The technique of calculation of radiative heat exchange within the furnaces (combustion chambers) has been developed grounded upon Monte-Carlo procedures. The model is multipurpose means and allows ensuring the accurate computations taking into account of complex geometry of the furnace and of low-emission processes of the natural gas combustion. Account of selectivity of radiation of combustion products by means of weighted sum of grey gases model - WSGG (H. Hottel) - has been used accordingly the procedure.

Using of homogeneous coordinates and of geometrical transformations by means of uniform matrix forms has been proposed for the first time to perform Monte-Carlo procedures.

Convective heat exchange was taken into account by means of relevant criterial equations. The reduced methane combustion mechanism developed by prof. B. Soroka has been used in frame of complex mathematical model.

The analysis of the ways of increase of the furnaces productivity at DUNAFERR metallurgical works (Hungary) has been carried out. The opportunity of 15% productivity enhancement of the furnaces output has been proved.

Calculation of boiler furnace equipped with the Forced Internal Recirculation Burners (FIRB) for the hot water boiler “HOST Boiler”, USA, has been carried out. The optimum geometry of the combustion chamber with the burner of mentioned type has been recommended along with the value of primary air excess factor вp?0.75... 0.8 which provides the minimum NOх yield.

The computation of radiative heat fluxes pattern by absorbing surfaces for boilers of DKVR (6.5/13 and 10/13), GM-5, BKZ-75 have been performed in framework of fundamental problem statement. The analysis of recirculation influence has been carried out regarding both fuel using efficiency as well as reduction of NOx emission for the boiler TVG-8 type.

It has been proved that Monte-Carlo technique represents the actual means of calculation both integral (or averaged for the furnace) and the local thermal conditions of the boiler furnace and of its separate assemblies.

Key words: boiler, combustion kinetics, mathematical modelling, Monte-Carlo procedures, natural gas, nitrogen oxides, radiative heat transfer, recirculation, two-stage combustion.

Размещено на Allbest.ru