×
28.03.2020
220.018.1181

СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ КАПЕЛЬНО-ФАКЕЛЬНОГО СЖИГАНИЯ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА В ВИХРЕВОМ ПОТОКЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к энергетике. Способ оптимизации капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в вихревом потоке включает определение эталонных характеристик процесса горения для данного вида топлива в данной топке, периодическое измерение показаний датчиков в контрольных фиксированных точках в топочной камере, передачу показаний датчиков в снабженный соответствующим программным обеспечением компьютер, сравнение результатов измерения со значениями эталонных характеристик процесса горения, непрерывное регулирование с помощью АСУ подачи топлива и окислителя в соответствии с полученными показаниями. Осуществляют определение эталонных характеристик процесса горения водоугольного топлива, расчет значений эталонных характеристик процесса горения водоугольного топлива осуществляют с помощью программного обеспечения, реализующего физико-математическую модель воспламенения и выгорания водоугольного топлива в данной топке, расчет значений эталонных характеристик процесса горения водоугольного топлива выполняют для 2, 3 и более значений расхода топлива из диапазона его изменения, рассчитанные значения эталонных характеристик процесса горения водоугольного топлива сохраняют на жестком диске компьютера в базе эталонных характеристик процесса горения водоугольного топлива, измерения осуществляют датчиками температуры газов в одной и более контрольных фиксированных точках внутри топочной камеры и одной контрольной фиксированной точке на выходе из топочной камеры. Технический результат - снижение удельного количества используемого топлива и окислителя на единицу полученного тепла, уменьшение энергозатрат на подачу и нагревание избыточно поданного в топку окислителя, вследствие этого улучшаются экологические и экономические показатели энергетических установок.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к энергетике. Изобретение относится к способам для сжигания водоугольного топлива (ВУТ), в различных котельных установках промышленной теплоэнергетики, жилищно-коммунального хозяйства и других теплогенерирующих системах.

Известен способ оптимизация работы котла [CN103939940, 23.07.2014, F23N5/00], оптимизация работы котла которым достигается на основе использования базы данных по эффективности сжигания топлива без указания того, как эта база получена. В частности, нет указания на использование результатов физико-математического моделирования топочных процессов, что снижает эффективность способа.

Известен способ оптимизации систем управления работой котла [CN201368471, 23.12.2009, F23N5/00; G05B19/418]. Указанное изобретение не включает использование результатов моделирования топочных процессов, что снижает его эффективность.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля и управления процессом горения углеводородного топлива в топках котлов и промышленных печей [Патент РФ №:2551714, 27.05.2015], при котором опытным путем определяют стехиометрическое соотношение горючего и окислителя для данного вида топлива в данной топке; определяют значения абсолютных величин электрических потенциалов в трех зонах пламени факела: зоне подготовки, зоне сгорания и зоне догорания при стехиометрическом соотношении горючего и окислителя и принимают их за эталонные; непрерывно измеряют значения абсолютных величин электрических потенциалов в трех зонах пламени факела и сравнивают их с эталонными, причем по результатам сравнений непрерывно регулируют подачу окислителя в соответствии с полученными показателями.

Недостатком способа является сложность его использования.

Основным недостатком рассмотренных способов является низкая точность экспериментальных способов определения эталонных значений характеристик процесса горения ВУТ и большие технические трудности, связанные с их реализацией.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация технологии капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в вихревом потоке с целью обеспечения полного сгорания топлива в топках котлов, промышленных печей или других энергетических установок при минимальной концентрации окислителя за счет постоянного поддержания концентраций горючего и окислителя в соотношении, близком к эталонному значению коэффициента избытка воздуха, равному отношению действительного расхода воздуха-окислителя, необходимого для сжигания 1 кг данного топлива, к теоретически необходимому (стехиометрическому).

Согласно изобретению способ оптимизации капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в вихревом потоке включает определение эталонных характеристик процесса горения для данного вида ВУТ в данной топке с помощью программного обеспечения, реализующего физико-математическую модель воспламенения и выгорания водоугольного топлива, для 2-3 и более значений расхода топлива из диапазона его изменения, и сохранение эталонных характеристик процесса горения ВУТ на жестком диске компьютера в базе эталонных характеристик процесса горения ВУТ. Затем полученные эталонные характеристики процесса горения ВУТ используют для оптимизации капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в реальных условиях. Согласно изобретению периодическое измерение показаний датчиков температуры газов осуществляют в одной и более контрольных фиксированных точках внутри топочной камеры и одной контрольной фиксированной точке на выходе из топочной камеры, показания датчиков передают в компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением, осуществляющим сравнение результатов измерения со значениями эталонных характеристик процесса горения и передачу сигналов АСУ (Автоматизированная система управления) для непрерывного регулирования подачи топлива и окислителя в соответствии с полученными показаниями.

Оптимизацию осуществляют на основе сравнения данных численного моделирования, позволяющего исследовать аэродинамику и распределение температур в топке котла, и экспериментальных данных. Численное моделирование топочных процессов позволяет получить наиболее представительную информацию об аэродинамике и теплообмене в топке котла при сжигании водоугольного топлива.

В результате достигается снижение удельного количества используемого топлива и окислителя на единицу полученного тепла, уменьшение энергозатрат на подачу и нагревание избыточно поданного в топку окислителя, вследствие этого улучшаются экологические и экономические показатели энергетических установок.

В случае использования технологии капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в муфельных топочных камерах энергетических котлов, проработка нового котла начинается с задания мощности котла, выбора типа котла и, в частности, конструкции его топочной камеры (с местами расположения топливной форсунки и сопл для вдува воздуха-окислителя), определения характеристик водоугольной суспензии (ВУС) таких, как марка угля, его теплотворная способность, влажность, зольность, гранулометрический состав угольной массы. Задают форму газо-капельного топливного факела, распределение капель по размеру и скорости движения в факеле. Указывают также режимы работы котла, различающиеся его теплопроизводительностью, а следовательно, расходом топлива.

На основании указанной информации по программе, построенной на основе физико-математического моделирования процессов воспламенения и горения водоугольного топлива, производят расчет сжигания топлива на данном котле при заданном значении расхода топлива с заданными свойствами. Расчет проводят для 2-3 и более значений расхода топлива из диапазона его изменения.

Математическая модель процессов воспламенения и горения водоугольного топлива включает в себя модель движения многокомпонентной неизотермической газовой среды (несущей фазы); модель движения капель/частиц на основе подхода Лагранжа; модель горения в газовой фазе на основе гибридной модели, сочетающей механизмы химического реагирования и турбулентного обмена; модель выгорания коксового остатка. Течение газов в топочных камерах принимается пространственным и турбулентным. Характер его обусловлен способами подвода топлива, воздуха-окислителя и газов рециркуляции, внутренней конструкцией. Максимальные скорости движения газов в топочных камерах не превышают 100 м/с. При температурах около 1800°К это соответствует числам Маха М≤0,12. Для описания движения газов при таких числах Маха используется модель несжимаемой жидкости. Для турбулентного режима течения уравнения движения могут быть записаны в форме осредненных по Рейнолдьсу уравнений Навье-Стокса. Уравнения сохранения для газовой фазы записываются в виде обобщенного закона сохранения в контрольном объеме. Для объема записывается конечно-разностный аналог уравнения. Для вычисления диффузионных потоков на гранях контрольного объема используется центрально-разностная схема, имеющая второй порядок точности. Для расчета стационарного течения использован метод установления. Подаваемое в топку и распыляемое через форсунки водоугольное топливо представляется дискретным набором капель, которые состоят из комплекса вода+угольные частицы. В модели процесс воспламенения и горения частицы происходит стадийно. Вначале происходит испарение внешней влаги, для описания этого процесса используется модель испарения капли. После испарения влаги образуются твердые частицы, для описания выгорания которых используется модель воспламенения и горения угольных частиц.

Расчеты характеристик процесса горения, а именно, расходов топлива и воздуха-окислителя, подаваемых в данную топку для обеспечения нужного режима котла, и температуры газов в контрольных точках топки, выполняют для нескольких значений расхода топлива из заданного диапазона его изменения, и сохраняют в качестве эталонных характеристик процесса горения ВУТ на жестком диске компьютера в базе эталонных характеристик процесса горения ВУТ.

Таким образом, предлагаемый способ оптимизации капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в вихревом потоке, включает следующую последовательность шагов:

1) расчет значений эталонных характеристик процесса горения ВУТ, включающий:

ввод в компьютер исходных данных по ВУТ (теплотворная способность и зольность угля, содержание воды, дисперсный состав угольной массы, форма топливного факела, дисперсный состав капель топлива в факеле), геометрических параметров топочной камеры (форма, геометрические размеры, расположение форсунок и сопл для подачи воздуха-окислителя);

расчет значений эталонных характеристик процесса горения ВУТ с помощью, установленного на компьютере, программного обеспечения, реализующего физико-математическую модель процессов воспламенения и горения водоугольного топлива, в которой учитывают основные стадии горения капли: прогрев капли ВУТ, испарение воды, содержащийся внутри капли, выход и горение летучих веществ, содержащихся в угле, и выгорание углерода, при этом каплю ВУТ представляют в виде сферы с постоянными по всему ее объему свойствами;

сохранение рассчитанных значений эталонных характеристик процесса горения ВУТ на жестком диске ПК в базе эталонных характеристик процесса горения ВУТ;

2) мониторинг и управление работой котла, включающий:

периодическое измерение блоком датчиков температуры температур газов в одной и более контрольных фиксированных точках внутри топочной камеры и одной контрольной фиксированной точке на выходе из топочной камеры;

передача результатов измерения в снабженный соответствующим программным обеспечением и базой эталонных значений компьютер;

сравнение результатов измерения со значениями эталонных характеристик процесса горения ВУТ, соответствующими данному значению расхода топлива;

регулирование с помощью АСУ в соответствии с полученными результатами сравнения подаваемого в топочную камеру объема ВУТ и окислителя.

При известных значениях расхода топлива и расхода дутьевого воздуха, температура газа на выходе из топки определяет производительность тепловой энергии котла. В том случае, если температура газа на выходе из канала оказывается ниже эталонного значения, изменяют расход воздуха-окислителя и расход топлива и последовательными шагами находят такие их значения, которые обеспечивают с заданной точностью необходимые показатели по температуре газов на выходе из топки.

Предложенный способ позволяет контролировать и поддерживать коэффициент избытка окислителя в топке на таком уровне, что концентрации горючего и окислителя находятся в соотношении, обеспечивающем полное сгорание топлива при минимальной концентрации окислителя. Вследствие этого минимизируются концентрации вредных продуктов неполного сгорания топлива (таких как СО и СН), что повышает экологичность процесса сжигания топлива, а также уменьшается расход электроэнергии на подачу окислителя и снижаются потери теплоты, полученной от сгорания топлива, ввиду отсутствия необходимости нагрева избыточно подаваемого окислителя в топку.

На основе численного моделирования и экспериментальных исследований проведен анализ сжигания водоугольного топлива в водогрейном котле малой мощности при различных режимах. Для исследования процессов воспламенения и горения водоугольного топлива в вихревом потоке и сравнения расчетных и экспериментальных данных был использован водогрейный котел с номинальной мощностью 1 МВт.В левой боковой стенке топки котла было предусмотрено 9 отверстий для измерения температуры в отдельных точках топочного объема. Через данные отверстия осуществляли ввод датчиков температуры и замер температуры.

Использовано топливо, приготовленное на основе кека ОФ «Северная» (Кемеровская область, Россия) и представляющее собой смесь угля марки «К» и воды с массовым соотношением 50/50.

С помощью пакета "SigmaFlow" [Чернецкий, М.Ю. Математическая модель процессов теплообмена и горения пылеугольного топлива при факельном сжигании / М.Ю. Чернец-кий, А.А. Дектерев // Физика горения и взрыва. - 2011. - №3. - С. 37-46] рассмотрена и реализована математическая модель горения частиц водоугольного топлива, которая включает в себя: модель движения частиц/капель, уравнение сохранения энергии для капли ВУТ и частицы угля, модель испарения капли, модель испарения остаточной влаги из угольной частицы, модель выхода летучих веществ и модель горения коксового остатка, модель переноса газовых компонент, модель турбулентности, метод пристеночных функций [Делягин Г.Н. Вопросы теории горения водоугольной суспензии в потоке воздуха // Сб. Сжигание высокообводненного топлива в виде водоугольных суспензий. - М.: изд-во АН СССР, 1967. С.45-55. Делягин Г.Н. Вопросы теории воспламенения и горения распыленной водоугольной суспензии // В кн.: Кинетика и аэродинамика процессов горения топлива. - М.: Наука, 1969. С. 71-77. М. Chernetskiy, K. Vershinina, P. Strizhak Computational modeling of the combustion of coal water slurries containing petrochemicals. Fuel 220 (2018) 109-119]. Задача решалась в трехмерной постановке. Сетка составляла 864140 узлов, в области форсунки сетка строилась более дробной, для того чтобы более детально описать процесс распыливания водоугольного топлива.

Полученные расчетные результаты достаточно хорошо совпали с экспериментом, что свидетельствует об эффективности предложенного способа оптимизации капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в вихревом потоке.

Способ оптимизации капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в вихревом потоке, включающий определение эталонных характеристик процесса горения для данного вида топлива в данной топке, периодическое измерение показаний датчиков в контрольных фиксированных точках в топочной камере, передачу показаний датчиков в снабженный соответствующим программным обеспечением компьютер, сравнение результатов измерения со значениями эталонных характеристик процесса горения, непрерывное регулирование с помощью АСУ подачи топлива и окислителя в соответствии с полученными показаниями, отличающийся тем, что осуществляют определение эталонных характеристик процесса горения водоугольного топлива, расчет значений эталонных характеристик процесса горения водоугольного топлива осуществляют с помощью программного обеспечения, реализующего физико-математическую модель воспламенения и выгорания водоугольного топлива в данной топке, расчет значений эталонных характеристик процесса горения водоугольного топлива выполняют для 2, 3 и более значений расхода топлива из диапазона его изменения, рассчитанные значения эталонных характеристик процесса горения водоугольного топлива сохраняют на жестком диске компьютера в базе эталонных характеристик процесса горения водоугольного топлива, измерения осуществляют датчиками температуры газов в одной и более контрольных фиксированных точках внутри топочной камеры и одной контрольной фиксированной точке на выходе из топочной камеры.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 31-40 of 95 items.
20.04.2016
№216.015.35af

Способ изготовления системы охлаждения электронного и микроэлектронного оборудования

Изобретение относится к области микроструктурных технологий. Способ включает нанесение множества наноструктурных областей с гидрофобными свойствами на поверхность 2 микроканала. Наноструктурные области выполняют в виде гидрофобных полос 1 шириной L. Наносят наноструктурные области поперек...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581342
Дата охранного документа: 20.04.2016
27.05.2016
№216.015.42c6

Вихревая топка

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к топочным устройствам, работающим, в том числе, на низкосортном пылеугольном топливе, и может быть использовано в котельных установках на тепловых электростанциях. Вихревая топка содержит горизонтальную вихревую камеру горения с направляющим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585347
Дата охранного документа: 27.05.2016
27.08.2016
№216.015.4d95

Способ оптимизации процесса сжигания угольного топлива в вихревой топке энергетической установки

Изобретение относится к теплоэнергетике, а более конкретно к способу оптимизации процесса сжигания угольного топлива в вихревой топке энергетической установки. Способ включает использование в режиме запуска энергетической установки угля микропомола с размерами частиц не более 10 мкм,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595304
Дата охранного документа: 27.08.2016
12.01.2017
№217.015.57bd

Способ синтеза наночастиц диоксида титана

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения наночастиц диоксида титана проводят откачивание вакуумной камеры, наполнение ее инертным газом, зажигание электрической дуги постоянного тока между графитовым электродом и металл-углеродным композитным электродом....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588536
Дата охранного документа: 27.06.2016
12.01.2017
№217.015.629a

Устройство для формирования ручейкового течения жидкости в микро- и мини-каналах (варианты)

Изобретение относится к области электроники, в частности к микромасштабным охлаждающим устройствам таким, как микроканальные теплообменники, которые обеспечивают высокие значения коэффициента теплопередачи при течении жидкостей в относительно небольших объемах. В устройстве для формирования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588917
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.6ca0

Способ синтеза порошка суперпарамагнитных наночастиц feo

Изобретение может быть использовано при получении контрастирующих веществ в магниторезонансной диагностике, суспензий для магнитной сепарации белков и фрагментов молекул ДНК и РНК, для адресной доставки лекарственных средств. Синтез порошка суперпарамагнитных наночастиц FeOпроводят в два этапа....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597093
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.73cc

Сетчатый комбинированный термоприемник и способ измерения температурного поля газового потока в каналах

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры движущихся газовых сред на выходе из реакторов и теплообменных аппаратов с различной структурой теплообменных поверхностей. Предложен сетчатый комбинированный термоприемник, содержащий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597956
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.899e

Способ визуализации ограниченных (замкнутых) нестационарных вихревых течений

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать ограниченные (замкнутые) вихревые потоки жидкости. Изобретение может использоваться в фундаментальных и прикладных исследованиях в экспериментальной гидродинамике. Возможно применение в экологии, технологиях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602495
Дата охранного документа: 20.11.2016
25.08.2017
№217.015.9b5b

Триангуляционный способ измерения отклонения объекта и определения его ориентации в пространстве

Триангуляционный способ измерения отклонения объекта и определения его ориентации в пространстве содержит этап, на котором источник излучения формирует на поверхности исследуемого объекта световое пятно в виде двух пересекающихся световых линий за счет освещения исследуемого объекта засветкой в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610009
Дата охранного документа: 07.02.2017
25.08.2017
№217.015.ab29

Способ ввода пучка электронов в среду с повышенным давлением

Изобретение относится к способу ввода пучка электронов в среду с повышенным давлением, при котором подачу газа осуществляют через систему напуска в сопловой блок, состоящий из двух кольцевых сопел (внутреннего и внешнего, по оси внутреннего кольцевого сопла имеется отверстие для прохождения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612267
Дата охранного документа: 03.03.2017
Showing 21-30 of 30 items.
29.03.2019
№219.016.f821

Устройство для сжигания водоугольного топлива

Изобретение относится к устройствам для сжигания жидкого, в том числе водоугольного топлива (ВУТ) в различных котельных установках промышленной теплоэнергетики, жилищно-коммунального хозяйства и других теплогенерирующих системах, и обеспечивает при его использовании однородность температур по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002460014
Дата охранного документа: 27.08.2012
08.04.2019
№219.016.feaa

Паромасляное горелочное устройство

Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар. Горелочное устройство содержит цилиндрический корпус в виде стакана, установленного так, что его ось перпендикулярна горизонту, паровую форсунку для подачи перегретого водяного пара...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684300
Дата охранного документа: 05.04.2019
17.05.2019
№219.017.5342

Электролизер для получения алюминия

Изобретение относится к электролизеру с самоспекающимися анодами для получении алюминия. Электролизер содержит размещенный в анодном кожухе самоспекающийся анод, разделенный на границе между коксо-пековой композицией и зоной полукокса горизонтальной перегородкой, размещенной на высоте от нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687617
Дата охранного документа: 15.05.2019
29.06.2019
№219.017.a023

Способ сжигания углеводородного топлива

Изобретение относится к теплоэнергетике и обеспечивает при его использовании эффективное паросажевое горение с образованием экологически чистого высотемпературного пламени. Указанный технический результат достигается в способе сжигания углеводородного топлива с использованием воздуха и водяного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002407947
Дата охранного документа: 27.12.2010
14.08.2019
№219.017.bf4e

Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера

Изобретение относится к устройству для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом. Устройство содержит газосборный колокол, камеру сгорания и патрубки, взаимодействующие с газоотводящими трубами, вертикальные участки которых входят телескопически в угловые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697148
Дата охранного документа: 12.08.2019
10.11.2019
№219.017.dfca

Автономное горелочное устройство длительного действия

Изобретение относится к области энергетики. Автономное горелочное устройство длительного действия содержит корпус в форме стакана, встроенный парогенератор водяного пара, состоящий из трех блоков, а именно бачка-испарителя в виде кольцевой камеры, паросепаратора в виде кольцевой камеры и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705494
Дата охранного документа: 07.11.2019
10.11.2019
№219.017.e03f

Пусковое горелочное устройство

Изобретение относится к области энергетики. Пусковое горелочное устройство содержит корпус, парогенератор водяного пара, состоящий из установленных соосно и соединенных между собой трубками бачка-испарителя и паросепаратора, выполненных в виде кольцевых камер, пароперегревателя, выполненного в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705495
Дата охранного документа: 07.11.2019
27.06.2020
№220.018.2b9d

Горелка для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера

Изобретение относится к горелке для сжигания анодных газов, образующихся в процессе электролиза в электролизере для получения алюминия с самообжигающимся анодом. Горелка разделена на две части - нижнюю, включающую зону предварительного смешивания сжигаемых анодных газов с воздухом и первичную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724755
Дата охранного документа: 25.06.2020
22.04.2023
№223.018.5137

Устройство для сжигания суспензионных топлив

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для сжигания суспензионных топлив содержит камеру сгорания, которая имеет форму параллелепипеда с квадратным горизонтальным сечением, на фронтальной стенке которого смонтированы топливные пневматические форсунки, а на боковой и задней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794290
Дата охранного документа: 14.04.2023
11.05.2023
№223.018.540e

Котёл для совместного сжигания пылеугольного и водоугольного топлива

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике, жилищно-коммунальному хозяйству. Котёл для совместного сжигания пылеугольного и водоугольного топлива содержит вертикальную топку, которая оборудована расположенными в три яруса блоками основных горелок и расположенным в четвёртом ярусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002795413
Дата охранного документа: 03.05.2023
+ добавить свой РИД