Obliczenia cieplne komór paleniskowych kotłów pyłowych z uwzględnieniem własności kinetycznych paliwa

Seria: ENERGETYKAJz. 94 Nr kol. 880

E d w a r d T A R N Ó W K A

I n s t y t u t E n e r g e t y k i Z a k ł a d P r o c e s ó w C i e p l n y c h

O B L I C Z E N I A C I E P L N E K O M O R P A L E N I S K O W Y C H K O T Ł Ó W P Y Ł O W Y C H Z U W Z G L ę D N I E N I E M W Ł A S N O Ś C I K I N E T Y C Z N Y C H P A L I W A

S t r e s z c z e ń i e . W r e f e r a c i e p r z e d s t a w i o n o p r o c e d u r ę o b l i c z e ń w y m i a n y c i e p ł e w k o m o r a c h p a l e n i s k o w y c h k o t ł ó w p r z y u ż y c i u t z w . r o z s z e r z o n e j m e t o d y s t r e f o w e j .

Z a p r e z e n t o w a n a m e t o d a w y k o r z y s t u j e e l e m e n t y k l a s y c z n e j m e t o d y s t r e f o w e j w c z ę ś c i d o t y c z ą c e j o b l i c z e ń w s p ó ł c z y n n i k ó w a b s o r b c j i . O b l i c z e n i a w y m i a n y c i e p ł a w r o z s z e r z o n e j m e t o d z i e s t r e f o w e j r e a l i z o w a n e s ą p r z y z a ł o ż o n e j a e r o d y n a m i c e i u w z g l ę d n i e n i u t r ó j w y m i a r o w e j w y m i a n y c i e p ł a p r z e z p r o m i e n i o w a n i e o r a z k i n e t y c z ­ n y c h w ł a s n o ś c i p a l i w a p r z y o k r e ś l a n i u e f e k t u c i e p l n e g o w y p a l e ­ n i a w f u n k c j i d r o g i . P r z e d s t a w i o n e w y n i k i o b l i c z e ń k o m o r y p a l e ­ n i s k o w e j E l . P o ł 8 n i e c i E l . D o l n a O d r a . P o r ó w n a n o r e z u l t a t y o b l i ­ c z e ń z w y n i k a m i p o m i a r ó w k o t ł a r z e c z y w i s t e g o .

1 . W s t ę p

W I n s t y t u c i e E n e r g e t y k i o p r a c o w a n o m e t o d ę i p r o g r a m n a E M C o b l i c z e ń e f e k t u s p a l a n i a w k o m o r a c h p a l e n i s k o w y c h k o t ł ó w p y ł o w y c h , u w z g l ę d n i a ­ j ą c ą w m a k s y m a l n y m s t o p n i u w s z y s t k i e d o s t ę p n e i n f o r m a c j e o p r z e b i e g u z j a w i s k s k ł a d o w y c h , s w t y m t e ż c h a r a k t e r y s t y k i k i n e t y c z n e p a l i w a . P o w y ż s z a m e t o d a o b l i c z e ń w y m i a n y c i e p ł a w k o m o r a c h p a l e n i s k o w y c h

k o t ł ó w p y ł o w y c h n a z w a n a z o s t a ł a " r o z s z e r z o n ą m e t o d ą s t r e f o w ą " z e w z g l ę d u n a p e w n e a n a l o g i e r o z w i ą z a ń f o r m a l n y c h , s t o s o w a n y c h w k l a s y c z n e j m e t o ­ d z i e s t r e f o w e j [ i ] ,

2 . O b l i c z e n i e c i e p l n e k o m ó r p a l e n i s k o w y c h

P r o g r a m o b l i c z e ń j e s t p o ł ą c z e n i e m k l a s y c z n e j m e t o d y s t r e f o w e j [ i j z z a ł o ż o n ą a e r o d y n a m i k ą , w k t ó r e j t o m e t o d z i e o b l i c z e n i a w y m i a n y c i e ­ p ł a n a d r o d z e p r o m i e n i o w a n i a r e a l i z o w a n e s ą w t r z e c h k i e r u n k a c h m e t o d ą s t r u m i e n i o w ą o r a z u w z g l ę d n i a s i ę w n i e j k i n e t y k ę r e a k c j i s p a l e n i a p a l i w a .

P o w y ż s z e p o d e j ś c i e , j a k i s p e ł n i e n i e d o d a t k o w e g o w a r u n k u , t z n . u z g o d n i e n i e b i l a n s u e n e r g e t y c z n e g o w y m i a n y c i e p ł a w k o m o r z e z k i n e t y k a r e a k c j i s p a l a n i a , z w i ę k s z a s t o p i e ń p r z y b l i ż e n i a w y n i k ó w o b l i c z e ń d o r z e c z y w i s t y c h p a r a m e t r ó w p r a c y . M e t o d a t a u m o ż l i w i a p o n a d t o w a r i a n t o w ą a n a l i z ę p r a c y k o m ó r s p a l a n i a - w z a l e ż n o ś c i o d z m i a n y r o d z a j u s p a l a n e g o p a l i w a , u k ł a d u p r a c u j ą c y c h p a l n i k ó w , b ą d ź z m i a n y r e ż i m u i c h p r a c y ( p r z e m i a ł , w i l g o ó , n a d m i a r p o w i e t r z a ^ t e m p e r a t u r a ) . P o z w a l a t a k ż e e n a -

352 E. Tarnówka

l i z o w a ć w p ł y w t a k i c h p a r a m e t r ó w p r a c y k o m o r y s p a l a n i a , J a k w p ł y w z a - ż u ż l o w a n i s ś c i a n , n i e s z c z e l n o ś c i k o m o r y , i t p * n a j a k o ś ć s p a l a n i a i w y ­ m i a n ę c i e p ł a w k o m o r z e . W y n i k i u z y s k i w a n e s ą w p o s t a c i i l o ś c i p r z e ­ k a z y w a n e g o c i e p ł a d o p o s z c z e g ó l n y c h p o w i e r z c h n i k o m o r y p a l e n i s k o w e j o r a z r o z k ł a d y t e m p e r a t u r s p a l i n w ż ą d a n y c h p r z e k r o j a c h .

R e a l i z a c j a t o k u o b l i c z e ń k o m o r y p a l e n i s k o w e j p o m y ś l a n a j e s t j a k o c y k l o b l i c z e ń p r z e p r o w a d z o n y c h p r z y u ż y c i u d w ó c h n i e z a l e ż n y c h p r o g r a m ó w . P i e r w s z y p r o g r 3 m g ł ó w n y n a z w a n y " T E S T K C & i O " r e a l i z u j e o b l i c z e n i a z w i ą - z e n e z u z g o d n i e n l a m b i l a n s u e n e r g e t y c z n e g o k o m o r y s p a l a n i a .

W t y m c e l u w p r o w a d z o n e s ą d o p r o g r a m u i n f o r m a c j e d o t y c z ą c e : - k s z t a ł t u i g a b a r y t ó w o b l i c z a n e j k o m o r y ,

- m i e j s c d o p r o w a d z e n i a p a l i w a i p o w i e t r z a , - e w e n t u a l n i e - m i e j s c o d p r o w a d z e n i e s p a l i n , - i l o ś c i w p r o w a d z a n y c h c z y n n i k ó w , t z n . :

- p o w i e t r z a z i m n e g o , - p o w i e t r z a g o r ą c e g o ,

- m i e s z a n i n y p y ł o w o - g a z o w e j , - i l o ś c i o d p r o w a d z a n y c h s p a l i n ,

- p a r a m e t r ó w f i z y c z n y c h p o s z c z e g ó l n y c h c z y n n i k ó w t a k i c h , j a k : - t e m p e r a t u r a ,

- s k ł a d c h e m i c z n y , - j a k o ś ć p r z e m i a ł u , - w i l g o ć ,

- f c a l o r y c z n o ś ć , i t d .

P o n a d t o z a d a j e s i ę w a r t o ś c i t e m p e r a t u r p o s z c z e g ó l n y c h p o w i e r z c h n i ś c i a n o r a z w y p a l e n i a p a l i w a n a w y s o k o ś c i k o m o r y s p a l a n i a .

D a n e d o t y c z ą c e k s z t a ł t ó w 1 g a b a r y t ó w k o m o r y p r z e d w p r o w a d z e n i e m d o p r o g r a m u e ą o d p o w i e d n i o p r z e k s z t a ł c o n e , g d y ż t o k o b l i c z e ń r e a l i z o ­ w a n y j e 3 t d l a b r y ł y s k ł a d a j ą c e j s i ę z n ^ r n j i n ^ p r o s t o p a d ł o ś ć l e n n y c h e l e m e n t ó w .

W t r a k c i e o b l i c z e ń r e a l i z o w a n y j e s t b i l a n s e n e r g e t y c z n y p o s z c z e g ó l n y c h p o w i e r z c h n i k o m o r y s p a l a n i a z w i ą z a n y z w y m i a n ą e n e r g i i p r z e z p r o m i e n i o ­ w a n i e o r a z b i l a n s e n e r g e t y c z n y p o s z c z e g ó l n y c h e l e m e n t ó w z w i ą z a n y z :

- w y m i a n ą m a s y ,

- w y m i a n ą e n e r g i i p r z e z p r o m i e n i o w a n i e ,

- w y w i ą z y w a n i e m e n e r g i i c h e m i c z n e j w w y n i k u r e a k c j i s p a l a n i a p a l i w a .

O b l i c z e n i a i l o ś c i p r z e k a z y w a n e g o c i e p ł a p r z y w y m i a n i e m a s y , j a k i i l o ­ ś c i w y w i ą z y w a n e g o c i e p ł a p r z y s p a l a n i u p a l i w a r e a l i z o w a n e s ą w s p o s ó b k l a s y c z n y . I l o ś ć e n e r g i i w y m i e n i a n e j p r z e z p r o m i e n i o w a n i e p o m i ę d z y p o s z c z e g ó l n y m i e l e m e n t a m i , j a k i ś c i a n a m i k o m o r y o b l i c z a n a j e s t m e t o d ą s t r u m i e n i o w ą p r z y z a s t o s o w a n i u t r ó j w y m i a r o w e g o m o d e l u w y m i a n y w u k ł a ­ d z i e E u l e r a [

3

] . D o d a t k o w o w o b l i c z e n i a c h w s p ó ł c z y n n i k ó w w y m i a n y c i e ­ p ł a u w z g l ę d n i o n o w p ł y w w i e l k o ś c i k o m o r y p o p r z e z r o z w i ą z y w a n i e d l a

k a ż d e g o z e l e m e n t ó w u w i k ł a n e j f u n k c j i z a l e ż n o ś c i m i ę d z y o p t y c z n ą g ę s t o ­ ś c i ą o ś r o d k a , e f e k t y w n ą d ł u g o ś c i ą p r o m i e n i o w a n i a i g a b a r y t a m i k o m o r y [

2

] , [

3

] . O b l i c z o n e p a r a m e t r y p r a c y k o m o r y p a l e n i s k o w e j p r o g r a m e m

" T E S T K O M O " w r a z z d a n y m i d o t y c z ą c y m i w ł a s n o ś c i k i n e t y c z n y c h p a l i w a s ł u ż ą j a k o d a n e w e j ś c i o w e d o d r u g i e g o p r o g r a m u , n a z w a n e g o " K I N E T Y K A " . W p r o g r a m i e t y m r e a l i z o w a n y j e s t t o k o b l i c z e ń w y p a l e n i a p a l i w a n a w y ­ s o k o ś c i k o m o r y B p a l a n i a p r z y z a d a n y c h p a r a m e t r a c h p r a c y t e j k o m o r y . O b l i c z o n y p r o g r a m " K I N E T Y K A " r o z k ł a d w y p a l e n i s d a D e g o p a l i w a n a w y s o ­ k o ś c i k o m o r y s p a l a n i a p r z y z a d a n y c h w a r u n k a c h p r a c y t e j k o m o r y p o r ó w n y ­ w a n y j e s t z u p r z e d n i o p r z y j ę t y m d o o b l i c z e ń w p r o g r a m i e g ł ó w n y m .

W w y n i k u p o r ó w n a n i a w a r t o ś c i s t o p n i a w y p a l e n i a p a l i w a p r z y j ę t y c h , j a k i o b l i c z o n y c h p r o g r a m e m " K I N E T Y K A " p r z y j m u j e s i ę n o w e w a r t o ś c i w y p a l e ­ n i a 1 p o n o w n i e r e a l i z o w a n e s ą o b l i c z e n i a p r o g r a m e m " T E S T K O M O " .

T o k o b l i c z e ń p o n a w i a n y j e s t a ż d o u z y s k a n i a ż ą d a n e j z g o d n o ś c i . R o z b i c i e t o k u o b l i c z e ń n a d w a o s o b n e i n i e z a l e ż n e p r o g r a m y p o z w a l a

n a a n a l i z ę w y n i k ó w p o ś r e d n i c h i u z y s k a n i e s z y b s z e j z b i e ż n o ś c i d o ż ą d a ­ n e g o p o z i o m u d o k ł a d n o ś c i r o z w i ą z a n i a .

3 . W y n i k i o b l i c z e ń 1 p o m i a r ó w k o m ó r p a l e n i s k o w y c h

P r z e p r o w a d z o n o s e r i ę n u m e r y c z n e j s y m u l a c j i p r a c y k i l k u k o m ó r p a l e ­ n i s k o w y c h , p r a c u j ą c y c h n a r ó ż n y c h w ę g l a c h . W y n i k i o b l i c z e ń u z y s k a n e w f o r m i e p r z e s t r z e n n y c h r o z k ł a d ó w p a r a m e t r ó w t e r m i c z n y c h i m a s o w y c h

p o r ó w n a n o z p o m i a r a m i k o t ł a r z e c z y w i s t e g o . N a r y s . 1 z o b r a z o w a n o w p o s t a ­ c i r o z k ł a d u t e m p e r a t u r s p a l i n r e z u l t a t y o b l i c z e ń p o w y ż s z y m p r o g r a m e m k o t ł a 0 P - 6 5 0 k w E l . P o ł a n i e c p r z y o b c i ą ż e n i u b l o k u 1 4 0

MW

p r z y s p a l a n i u p a l i w a o p a r a m e t r a c h p o d a n y c h

w

t a b l i c y 1 w ę g i e l

B.

N a t l e o b l i c z o n e g o p o z i o m u t e m p e r a t u r s p a l i n

(w

o d l e g ł o ś c i 0 , 5 m o d ś c i a n y i w o s i k o m o r y ) n a r y s . 1 n a n i e s i o n o w a r t o ś c i t e m p e r a t u r z m i e r z o n e p i r o m e t r e m .

K r z y w e c * f n a r y s . 1 o b r a z u j ą p r o f i l e t e m p e r a t u r o b l i c z o n y c h i z m i e r z o ­ n y c h s o n d ą a s p i r a c y j n ą n a g ł ę b o k o ś c i k o m o r y .

A n a l o g i c z n e o b l i c z e n i a w y k o n a n o d l a k o t ł a 0 P - 6 5 0 k

w

E l . D o l n a O d r a p r z y o b c i ą ż e n i u b l o k u 2 0 0 MW i p a l i w i e J a k

w

t a b l i c y 1 w ę g i e l A . W y n i k i z e s ­ t a w i o n o n a r y s . 2 . K r z y w a n r 1 o b r a z u j e z a r e j e s t r o w a n y

w

k o t l e p o z i o m t e m p e r a t u r d l a t e g o w a r i a n t u o b l i c z e n i o w e g o . J a k w i 4 a ć w a r t o ś ć e f e k t y w ­ n e j d ł u g o ś c i p r o m i e n i o w a n i a n a w y s o k o ś c i k o m o r y m a a n a l o g i c z n y c h a r a k ­ t e r z m i a n j a k o d l e g ł o ś ć o d ś c i a n k o m o r y , w k t ó r e j p o z i o m o b l i c z o n y c h t e m p e r a t u r o d p o w i a d a w a r t o ś c i o m z m i e r z o n y m ( p o m i a r p i r o m e t r e m \ w k t ó r e j r e j e s t r o w a n o ś r e d n i ą t e m p e r a t u r ę z m i e r z o n e g o o b s z a r u . N a r y s . 3 p r z e d ­ s t a w i o n o p r z y k ł a d o w y r o z k ł a d o b l i c z o n e g o s t r u m i e n i a c i e p ł a p r z e k a z y w a ­ n e g o o d s p a l i n d o p r z e d n i e j ś c i a n y k o m o r y p a l e n i s k o w e j p r z y p a r a m e t r a c h p r a c y k o t ł a j a k n a r y s . 1 . C h a r a k t e r z m i a n i l o ś c i c i e p ł a p r z e k a z y w a n e g o d o ś c i a n n a w y s o k o ś c i k o m o r y r y s . 3 ś l e d z i k r z y w ą z m i a n t e m p e r a t u r s p a l i n

( r y s . 1 ) , o s i ą g a j ą c s w o j e m a k s i m u m

w

r e j o n i e g ó r n e g o r z ę d u p a l n i k ó w

trW

IrW

430 — or az poziom 120

n a

w y l o c ie z komory p a le n is k o w e j .

m m

354 E. Tarnówka

R y s . 4 p o k a z u j e w p ł y w w ł a s n o ś c i k i n e t y c z n y c h s p a l a n e g o p a l i w a n a j e g o w y p a l e n i e p o p r z e z n u m e r y c z n ą s y m u l a c j ę s p a l a n i e w j e d n o s t k o w y m r e ż i m i e

t r z e c h r o d z a j ó w w ę g l a o w ł a s n o ś c i a c h p o d a n y c h w t a b l i c y 2 .

J a k w i d a ć r ó ż n i c s w s t o p n i u w y p a l e n i a p a l i w a n a w y l o c i e z k o m o r y d o c h o ­ d z i d o 5 ^ , W y n i k i o b l i c z e ń p o k r y w a j ą s i ę w s p o s ó b z a d o w a l a j ą c y z w a r t o ­ ś c i a m i m i e r z o n y m i w o b i e k t a c h r z e c z y w i s t y c h d o p i e r o n a . o d c i n k u o d p a s a p a l n i k o w e g o d o w y l o t u z k o m o r y . N i e u w z g l ę d n i e n i e r z e c z y w i s t e j a e r o d y ­ n a m i k i j e s t p r z y c z y n ą r o z b i e ż n o ś c i w y n i k ó w o b l i c z e ń i p o m i a r ó w w d o l e k o m o r y p a l e n i s k o w e j . N i e m n i e j i n f o r m a c j e u z y s k i w a n e p o w y ż s z y m p r o g r a m e m s ą w w i ę k s z o ś c i w y p a d k ó w w y s t a r c z a j ą c e d i s p r z e p r o w a d z e n i a a n a l i z w z g l ę d n y c h p r a c y k o m o r y p a l e n i s k o w e j w f u n k c j i z m i a n j e j p o s z c z e g ó l n y c h

p a r a m e t r ó w p r a c y . N i e j e s t n a t o m i a s t m o ż l i w a a n a l i z a p r a c y k o m o r y s p a ­ l a n i a w y n i k a j ą c a z e z m i a n a e r o d y n a m i k i n a p r o c e s y z a c h o d z ą c e w k o m o r z e p a l e n i s k o w e j . D a l s z e p r a c e p r o w a d z o n e w I n s t y t u c i e E n e r g e t y k i m a j ą n a c e l u r o z s z e r z e n i e n i n i e j s z e g o m o d e l u o o b l i c z e n i a a e r o d y n a m i k i p r z e ­ p ł y w a j ą c y c h g a z ó w w k o m o r z e p a l e n i s k o w e j .

Tablica 1 Parametry techniczne węgli użytych do weryfikacji obliczeń i— r ---

L p . , W i e l k o ś ć

1 .

¹ W i l g o ś ć I c e ł k o w .

- t

2 . | Zew e r t . p o p i o ł u 3. 1 Z a w a r t . I c z ę ś c i i _Xet.ays.h_

4 . I C i e p ł o I s p a l a n i a

c z ę ś c i I

I I k o k s u

_ 1 o t _ n y ę_h_

W y m i a r

MJ /kg

MJ / kg

w ę g i e l A • w ę g i e l B 1 0 , 40

2 7 , 2 0

33, 11

3 1 , 0 8

20,58

6 . 3 0

3 4 , 7 0

4 6 , 3 0

, 2 3 , 5 2

1 4 , 4 9

^LITERATURA [ 1 ]

W

W

W

T e p ł o w o j R a s c z o t K o t e l n y c h A g r e i g a t o w . Wydawnict wo E n e r g i a - Moskwa 1973 r .

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E. Tarnówka« O b l i c z e n i a wymiany c i e p ł a w komor aoh p a l e n i s k o w y c h

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356 E. Taindwka

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Obliczenia oieplne komór..

-Rys.2 Rozkład temperatur spalin wg pomiarów krzywa 1, z obliczeń krzywe 241, 2 - w osi komory,

3- przy lewej ścianie w odle.0,45», 4- średnie, 5 i 6 w osi komory na wylocie, 7- w przekrojach v

poprzecznych, 8- stopień wypalenia, 9 - odległość równa efektywnej drodze promieniowania

Pig.2 Temperature distribution of hot gases:

measured - curve 1, calculated- curves 8V7 • 2- ih the center line, 3

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nearby the left wall*

distance 0,45m, 4 - eversge, 5,6- in the center;

at the top of the chamber, 7- in horizontal cross-

section, 8- percentage of burnout, 9- effective

optical lengbt

358 E. Tarnówka

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360 E. Tarnówkę

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A METHOD OP CALCULATION OF PULVERIZED SOLID FUEL FIRED FURNACES WITH APPLICATION OF KINETIC PROPERTIES

S u m m e r y

The procedure of calculation of heat transfer within boilers furnaces using "Advanced Zone Method" (AZM) is described in the paper.

The present method conyerges to the conventional zone method in part calculations of absorption coeficients. Calculations of heat exchange using AZM 8re fulfiled however, taking into consideration a three-dimen­

sional radiational heat transfer and asumed aerodynamics of flow as well as the kinetic properties of fuel for estimation of thermal effect as a result of burning - out versus time of burning.

The results of calculation for large-scale industrial boilers (power plants Połaniec and Dolna Odra) are presented. Comparison between results of calculations and measurements in boilers (mentioned above) (pulverized coal-fired furnaces) are discussed.

Recenzent: Prof. dr hsb. inż. Ludwik Cwynar

Wpłynęło do Redakcji w marcu 1986 r.