Исследование и разработка эффективной схемы сжигания твердого топлива с прямоточными горелками в инвертной топке котла

В диссертационной работе выполнена разработка с использованием физического и численного моделирования схемы сжигания твёрдого топлива в инвертной топочной камере, обеспечивающей эффективную, экологичную и надёжную работу котла на УСКП пара. Выполнен обзор современных научных достижений в области схем сжигания для котлов на УСКП пара. Диссертантом создана упрощённая численная модель (УЧМ), которая позволяет проанализировать аэродинамику большого количества схем сжигания твёрдого топлива с меньшими затратами вычислительного времени, по сравнению с моделированием процессов горения, а также невысокими требованиями к вычислительным ресурсам. Выполнена валидация упрощенной численной модели. С использованием экспериментального физического стенда для искровых продувок, а также численного моделирования проведена серия расчетов аэродинамики инвертной топки для котла на УСКП пара. Численное моделирование горения твёрдого топлива в инвертной топке применялось для определения показателей экономичности, эффективности и надёжности разработанных схем сжигания. Результаты выявили наилучшую схему сжигания №1, которая имеет показатели экологичности, экономичности и надежности ниже рекомендуемых значений. С помощью разработанной упрощенной численной модели диссертантом выполнены вариантные расчеты, в результате которых получена схема №2 твёрдого топлива в инвертной топке, которая отличается от схемы сжигания №1 наличием рассекателей на горелках верхнего яруса, большим углом подачи третичного воздуха и меньшим расстоянием между горелками и соплами нижнего яруса. Схема сжигания №2 позволила получить показатели близкие к значениям, полученным для схемы сжигания №1, разработанной с помощью физического и численного моделирования. Это свидетельствует о том, что УЧМ при меньших затратах времени позволяет получить результаты, близкие к физическому и численному моделированию. Сформулированы рекомендации по расположению прямоточных горелочных устройств и воздушных сопл, которые могут использоваться при проектировании инвертных топок: встречно-смещенное расположение горелок и сопл; использовании наклона горелок вверх с углом более 40°; подача третичного воздуха под углом более 30° вверх; применение рассекателей потока для горелок верхнего яруса за исключением горелок, расположенных рядом с боковыми стенами; использование распределения горячего воздуха между соплами вторичного воздуха верхнего и нижнего яруса, а также третичного воздуха в соотношении 21, 33 и 46 %, соответственно.