Науковий вісник НГУ

CFD-моделювання критичних відхилень топкових процесів у пиловугільних котлах. Частина 1. Побудова розрахункової моделі котла ТПП-210А

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №2 2024

Останнє оновлення: 11 травня 2024

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1651

Authors:

Д.Л.Бондзик, orcid.org/0000-0003-3123-1971, Інститут теплоенергетичних технологій Національної академії наук України, м. Київ, Україна; e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О.В.Баранюк, orcid.org/0000-0001-6008-6465, Інститут теплоенергетичних технологій Національної академії наук України, м. Київ, Україна; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

М.В.Воробйов*, orcid.org/0000-0001-9621-7658, Інститут теплоенергетичних технологій Національної академії наук України, м. Київ, Україна; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна; e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Н.В.Чернявський, orcid.org/0000-0003-4225-4984, Інститут теплоенергетичних технологій Національної академії наук України, м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О.В.Косячков, orcid.org/0000-0002-9445-8738, Інститут теплоенергетичних технологій Національної академії наук України, м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024, (2): 052 - 059

https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-2/052

Abstract:

Мета. Розробка математичної моделі прогнозування критичних відхилень топкових процесів при роботі антрацитових котлів, переведених на спалювання суббітумінозного вугілля, у тому числі в непроектних режимах експлуатації. Верифікація розрахункової моделі котла ТПП-210А енергоблоку 300 МВт на проєктному паливі – антрациті для подальшого аналізу його роботи на суббітумінозному вугіллі.

Методика. Моделювання спалювання твердого палива виконувалось за допомогою скінченно-елементних CFD-моделей котельного агрегату в середовищі програмного комплексу ANSYS-Fluent з визначенням відповідних характеристик роботи котла.

Результати. Розроблені скінченно-елементні CFD-моделі відповідно до робочих креслень котла ТПП-210А та його пальникового пристрою, реконструйованого для спалювання суббітумінозного вугілля. Проведена верифікація результатів CFD-моделювання для випадку спалювання проєктного палива – антрациту в проєктних режимах експлуатації. Показано, що розбіжність результатів з експериментом не перевищує 6,5 %, що дозволяє використовувати розроблену комп’ютерну модель для моделювання спалювання суббітумінозного вугілля, у тому числі в непроєктних режимах експлуатації. Отримані результати є основою для подальших розрахунків роботи котла ТПП-210А енергоблоку 300 МВт на суббітумінозному вугіллі з визначенням та мінімізацією чинників критичних відхилень топкових процесів, що призводять до термічних пошкоджень стінових екранів.

Наукова новизна. Уперше при CFD-моделюванні враховані всі конструктивні особливості пальникових пристроїв котла ТПП-210А, реконструйованих для спалювання суббітумінозного вугілля з введенням парового ежектора пилопроводу високої концентрації під розрідженням до каналу центрального повітря. Уперше застосовано розподіл теплових опорів в якості граничних умов на стінках паливні для випадку спалювання суббітумінозного вугілля. Правомірність цих підходів підтверджена верифікацією результатів.

Практична значимість. Верифікована комп’ютерна модель переведеного на спалювання суббітумінозного вугілля котла ТПП-210А енергоблоку 300 МВт дозволить визначити й мінімізувати чинники критичних відхилень топкових процесів, що призводять до термічних пошкоджень стінових екранів. Це сприятиме збільшенню надійності й покращенню техніко-економічних показників котлів Трипільської ТЕС, де працює 3 таких котли, та інших електростанцій (Зміївської, Криворізької, Придніпровської), де подібні антрацитові котли плануються для переведення на суббітумінозне вугілля.

Ключові слова: пиловугільний котел, антрацит, суббітумінозне вугілля, CFD-моделювання, променевий і конвективний теплообмін

References.

1. Dunayevska, N. I. (2023). Problems and technologies of thermal processing of fuels in energy installations of thermal power plants. Visnyk of the National Academy of Sciences of Ukraine, (4), 72-84. https://doi.org/10.15407/visn2023.04.072.

2. World Energy Outlook (2023). Chapter 3: Pathways for the energy mix, (pp. 101-153). International Energy Agency. Retrieved from https://iea.blob.core.windows.net/assets/42b23c45-78bc-4482-b0f9-eb826ae2da3d/WorldEnergyOutlook2023.pdf.

3. Сhernyavskyy, M., Miroshnychenko, Y., Provalov, O., & Kosyachkov, O. (2023). Conversion of anthracite boiler units of chp plants for combustion of sub-bituminous coal in the war conditions. Energy Technologies & Resource Saving, 76(3), 3-20. https://doi.org/10.33070/etars.3.2023.01.

4. Makarov, V., Kaplin, M., Bilan, T., & Perov, M. (2023). Forecasting of coal production in Ukraine. System Research in Energy, 1(72), 35-45. https://doi.org/10.15407/srenergy2023.01.035.

5. Dipak, K. Sarkar (2015). Thermal power plant: Design and Operation. Elsevier Incorporated. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801575-9.00001-9.

6. Seheda, M. S., Beshta, O. S., Gogolyuk, P. F., Blyznak, Yu. V., Dychkovskyi, R. D., & Smoliński, A. (2024). Mathematical model for the management of the wave processes in three-winding transformers with consideration of the main magnetic flux in mining industry. Journal of Sustainable Mining, 23(1), 20-39. https://doi.org/10.46873/2300-3960.1402.

7. ANSYS FLUENT 14.5 Theory Guide (2012). ANSYS Inc. ANSYS Help. Retrieved from https://ansyshelp.ansys.com.

8. Hart, J., Bhuiyan, A. A., & Naser, J. (2018). Aerodynamics of burner jet in a tangentially-fired boiler: A CFD modelling and experiment. International Journal of Thermal Sciences, 129, 238-253. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.02.030.

9. Liu, H., Guo, X., Chen, L., Zhang, X., & Qing Wang, Q. (2021). Numerical simulation of high-temperature corrosion and NOx generation characteristics of a boiler. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 1-22. https://doi.org/10.1080/15567036.2021.1931566.

10. Noor Akma Watie Mohd Noor, Hasril Hasini, Muhamad Shazarizul Haziq Mohd Samsuri & Meor Mohd Faisal Meor Zulkifli (2020). CFD Analysis on the Effects of Different Coal on Combustion Characteristics in Coal-fired Boiler. CFD Letters, 12(10), 128-138. https://doi.org/10.37934/cfdl.12.10.128138.

11. Liu, X., Zhang, J., Tan, H., Mo, Q., Wang, X., & Wan, Y. (2021). Numerical and experimental study on co-firing of low volatile coal in a 330 MW tangentially fired boiler. Journal of the Energy Institute, 96, 242-250. https://doi.org/10.1016/j.joei.2021.03.015.

12. Wei, D., An, D., Wang, T., Zhang, H., Guo, Yo., & Sun, B. (2023). Influence of fuel distribution on co-combustion of sludge and coal in a 660 MW tangentially fired boiler. Applied Thermal Engineering, 227. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120344.

13. Madejski, P. (2018). Numerical study of a large-scale pulverized coal-fired boiler operation using CFD modeling based on the probability density function method. Applied Thermal Engineering, 145, 352-363. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.09.004.

14. Deng, L., Zhang, Y., Ma, S., Zhu, Z., Liu, H., & Belošević, S. (2021). Numerical study on combustion characteristics and heat flux distributions of 660-MW ultra-supercritical double-reheat tower-type boiler. Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering, 16(3). https://doi.org/10.1002/apj.2631.

15. Askarova, A., Georgiev, A., Bolegenova, S., Beketayeva, M., Maximov, V., & Bolegenova, S. (2022). Computational modeling of pollutants in furnaces of pulverized coal boilers of the republic of Kazakhstan. Energy, 258(1), 124826. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124826.

16. Laubscher, R., & Rousseau, P. (2020). Coupled simulation and validation of a utility-scale pulverized coal-fired boiler radiant final-stage superheater. Thermal Science and Engineering Progress, 18, 100512. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2020.100512.

17. Norchak, V. (2022). Combustion of composite peat-coal mixtures in a vortex fire-place. Collected scientific works of Ukrainian State University of Railway Transport, 199, 23-31. https://doi.org/10.18664/1994-7852.199.2022.258647.

18. Vorobyov, N., Baranyuk, A., & Dunayevska, N. (2023). CFD Modeling of Water Heating Boiler Operation with Different Types of Fuel Pellets. International Journal of Energy for a Clean Environment, 24(1), 115-127. https://doi.org/10.1615/InterJEnerCleanEnv.2022043888.

19. Dunayevska, N. I., Zasyadko, Y. I., Zasyadko, P. Y., & Shchudlo, T. S. (2017). Mathematical model of the processes of co-combustion of biomass with coal in the boiler of a thermal power plant. Electronic Modeling, 39(3), 89-104.

20. Dunaevska, N. I., Bondzyk, D. L., Nehamin, M. M., Miroshni­chenko, Ye. S., Beztsenny, I. V., Yevtukhov, V. Ya., & Shudlo, T. S. (2020). Technology of Anthracite and Solid Biofuels Co-Firing in Pulverized Coal Boilers of TPP and CHP. Science and Innovation, 16(5), 86-96. https://doi.org/10.15407/scin16.05.086.

21. Nekhamin, M., Beztsennyi, I., Dunayevska, N., & Vyfatnuik, V. (2020). On using the ANSYS FLUENT software for calculating the process of burning a mixture of particles from different types of solid fuels. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8(106)), 48-53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209762.

22. Nekhamin, M. (2020). Design by program ANSYS FLUENT processes in heating of caldron of tpp-210а. Energy Technologies & Resource Saving, (3), 35-40. https://doi.org/10.33070/etars.3.2020.03.

23. Chernyavskii, N. V., Miroshnichenko, E. S., & Provalov, A. Y. (2021). Experience in Converting TPP-210A Boilers with 300 MW Power Units to Burning Gas Coal at the Tripillya Thermal Power Plant. Power Technology and Engineering, 54(5), 699-706. https://doi.org/10.1007/s10749-020-01273-0.

24. Baraniuk, O. V., Vorobyov, M. V., & Rachynskyi, A. Y. (2023). CFD-modeling of heat transfer and hydrodynamics processes by means of a software package: monograph. Kyiv: Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Polytechnic Publishing House. ISBN 978-966-990-062-3.

• < Попередня
• Наступна >