Исследование топочных процессов и разработка котлов для низкотемпературного сжигания горючих отходов и местных топлив

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Барнаул - 2003

Специальность: 01.04.14 — Теплофизика и теоретическая теплотехника.
Диссертация 323 С., 202 рис,, 21 табл.,151 источников,
ТОПЛИВНЫЙ БАЛАНС, НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ СЖИГАНИЕ, ТОПОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ, ТЕРМОКОНТАКТНАЯ СУШКА, НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ КИПЯЩИЙ СЛОЙ, НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ВИХРЕВАЯ ТОПКА, МОДЕЛИРОВАНИЕ, ГОРЮЧИЕ ОТХОДЫ, МЕСТНЫЕ ТОПЛИВА, СЖИГАНИЕ, УНОС, МОДЕРНИЗАЦИЯ КОТЛОВ.
Рассматривается развитие промышленной и малой энергетики на основе дешевых местных топлив и горючих отходов.
Цель работы заключается в разработке научных основ технологий подготовки и низкотемпературного сжигания низкосортных топлив и отходов и модернизации на этой базе котельно-топочной техники.
Предложен комплексный, концептуальный подход, оптимально объединяющий три технологии: термоконтактную сушку топлив за счет тепла циркулирующих частиц, обеспечивающую экономичность и эффективность сжигания сухой массы вне зависимости от влажности топлива, и низкотемпературное сжигание в вихревых топках и форсированном кипящем слое. По каждому из трех направлений разработаны и обоснованы математическим и опытным моделированием, с построением методик расчета, конкретные технологические схемы и их элементы.
Разработанные топочные процессы были реализованы в различных вариантах исполнения, преимущественно при реконструкциях, на более чем 60 модернизированных котлах. Вихревые топки применены для сжигания лузги, древесных отходов, угля и водоугольного топлива в 34 котлах различных типов мощностью до 25 т/ч, установленных в 24 действующих котельных. Топки с форсированным кипящим слоем используются для сжигания низкосортных углей и древесных отходов в более чем в 35 котлах мощностью до 42т/ч, в том числе энергетических.

СОКРАЩЕНИЯ 6
ИНДЕКСЫ 6
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 24
1.1 Проблемы и тенденции топливного баланса 24
1.2 Горючие отходы и местные топлива 27
1.2.1 Автогенное горение 27
1.2.2 Сухие растительные отходы 27
1.2.3 Древесные отходы 29
1.2.4 Местные топлива 32
1.2.5 Отходы углеобогащения и котельный шлак 34
1.2.6 Бытовые отходы и шламы очистных сооружений 35
1.2.7 Водоугольное топливо 35
1.2.8 Влияние влаги на свойства топлив 36
1.2.9 Унификация свойств топлив и их использование 37
1.3 Котельное оборудование и его модернизация 38
1.4 Низкотемпературные топочные процессы 40
1.4.1 Традиционные топочные процессы 41
1.4.2 Топочные процессы с использованием КС и ЦКС 41
1.4.3 Циклонные и вихревые топочные процессы 44
1.5 Преимущества низкотемпературного сжигания 46
1.6 Отечественный опыт применения КС и ЦКС 50
1.7 Принципы и обоснование концепции 52
1.7.1 Принципы модернизации котельно-топочной техники 52
1.7.2 Универсализация топочных процессов 52
1.7.3 Усовершенствование низкотемпературных топок 55
1.7.4 Термоконтактные процессы 57
1.7.5 Комплексный подход к организации топочного процесса .58
1.8 Выводы к главе 1 61
2 ТЕРМОКОНТАКТНАЯ ТОПЛИВ ОПОДГОТОВК А 63
2.1 Общие положения 63
2.2 Схемы подготовки топлива 65
2.2.1 Схемы с термоконтактной сушкой 65
2.2.2 Гранулирование топлив 68
2.2.3 Схемы термоконтактной переработки топлив 69
2.3 Исследования термоконтактной обработки топлив 73
2.3.1 Исследования поточной схемы 73
2.3.2 Стендовые исследования 78
2.3.3 Исследования термоконтактной обработки топлив в НТКС 79
2.4 Теоретические основы термоконтактной сушки 83
2.4.1 Процессы и обобщающие соотношения для КС 83
2.4.2 Расчет процесса сушки в изотермическом КС 85
2.4.3 Расчет поточных термоконтактных сушилок 91
2.5 Выводы к главе 2 94
3 РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ВИХРЕВЫХ ТОПОЧНЫХ
УСТРОЙСТВ (ВНТ) 95
3.1 Принципы организации низкотемпературного сжигания 95
3.1.1 Организация сжигания растительных отходов 95
3.1.2 Организация низкотемпературного топочного процесса в ВНТ 96
3.1.3 Применение ВНТ для стабилизации горения 98
3.2 Технологические схемы ВНТ .„ 98
3.2.1 Схемы для сухих растительных отходов 98
3.2.2 Схемы ВНТ с колосниками для влажных топлив 105
3.2.3 ВНТ схемы для стабилизации факельного горения 106
3.2.4 ВНТ схемы для слоевых топок 107
3.3 Моделирование и обоснование применения ВНТ 111
3.3.1 Общие положения . 111
3.3.2 Стендовые установки для моделирования ВНТ 113
3.3.3 Моделирование и обоснование конфигурации ВНТ методом
визуализации течения 114
3.3.4 Исследование аэродинамических характеристик ВНТ 121
3.3.5 Исследование секционирования ВНТ 123
3.3.6 Моделирование колосниковых ВНТ с вертикальной осью 124
3.3.7 Сообщающиеся многокамерные ВНТ 128
3.3.8 Топки радиального типа 132
3.3.9 Прогноз эффективности ВНТ на основе моделирования 133
3.4 Численное моделирование вихревых топок 136
3.5 Методика и проведение инженерных расчетов 139
3.6 Выводы к главе 3 140
4 ПРОМЫШЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВНТ 143
4.1 Анализ работы котлов сжигающих лузгу 143
4.2 Поведение золы лузги при её сжигании 148
4.3 Использование ВНТ для сжигания древесных отходов 157
4.4 Использование ВНТ для стабилизации горения 161
4.5 Использование ВНТ для сжигания ВУТ 163
4.6 Возможность применение ВНТ для других отходов 168
4.7 Выводы к главе 4 169
5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И РАЗРАБОТКА НТКС 171
5.1 Модель кипящего слоя 171
5.2 Модель коалесценции 177
5.3 Модель выгорания кокса в НТКС 179
5.4 Модель распределения параметров и выгорания в НТКС 184
5.5 Изучение выгорания углей в НТКС 188
5.6 Технологические схемы организации НТКС 200
5.7 Огневое моделирование схем организации НТКС 204 
5.8 Выводы к главе 5 213
6 РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ НТКС 215
6.1 Исследование аэродинамической обстановки в НТКС 215
6.2 Численное моделирование схем НТКС 225
6.3 Подача вторичного дутья 228
6.4 Разработка и исследование уловителей частиц 230
6.4.1 Жалюзийные уловители частиц 230
6.4.2 Золоулавающие пучки 231
6.4.3 Уловители лабиринтного типа 237
6.4.4 Батарейные циклоны 238
6.4.5 Движение потоков частиц в отводящих элементах 241
6.5 Разработка и исследование систем возврата уноса 242
6.6 Организация работы и элементы топок НТКС 244
6.6.1 Общие положения 244
6.6.2 Исследование решеток направленного дутья 245
6.6.3 Разработка конструкции и профилирование колпачков 250
6.6.4 Выбор и обоснование схемы растопки 251
6.6.5 Воздухораспределительная решетка 252
6.6.6 Подача топлива и дутья 253
6.7 Разработка методики расчета 256
6.7.1 Методика инженерного расчета НТКС 256
6.7.2 Сравнение расчетных и экспериментальных данных 262
6.8 Выводы к главе 6 263
7 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ НТКС 265
7.1 Котлы малой и средней мощности 265
7.1.1 Котлы НТКС для сжигания бурых местных углей 265
7.1.2 Реконструкция котла КЕ-25-24 на НТКС 265
7.1.3 Реконструкция котлов Лесосибирского КЭЗ 266
7.1.4 Реконструкция котлов КЕ-10-14 и ДКВр-10-13 274
7.1.5 Реконструкция котла КВ-ТС-20-150 ПС 274
7.2 Сжигание древесных отходов в НТКС 279
7.3 Реконструкция котлов П-образного типа 283
7.4 Новые котлы НТКС 292
7.5 Выводы к главе 7 298
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 300
ЛИТЕРАТУРА 302