The influence of burning ratios based on coal characteristics on its combustion in the boiler furnace

Abstract

The need of switch to burn non-design fuel arises during the thermal power plants long-term operation. The choice of replacing coal is quite complicated and currently being solved by various nondesign fuels experimental combustion on a specific power boiler. The aim of the work is to develop criteria assessing non-design coal burning possibility in a specific furnace before experimental combustion. The stated goal is achieved with the help of numerical combustion modeling regarding various coals at the pre-critical parameters boiler furnace with an average composition ranking by the lower calorific value. 2 burning ratios have been proposed based on foreign experience: the fuel ratio and the degree of fuel burnout. The first is the ratio of the fuel carbon to volatile substances contents, which in this work are taken as an analytical mass. The second is calculated with the proposed formula, which, instead of the combustible content in fly ash, use mechanical underburning widely included in the technical calculations. Combustion zones with the degree of the acceptable fuel burnout according to the standards and with its excess are distinguished. The limit of possible coal combustion according to the fuel coefficient is found as well. It is shown that this furnace is quite universal for burning a wide range of coals, although it was originally designed for burning brown coal. It is not recommended to burn only lean and low-caking bituminous coals, anthracites and brown coals with calorific value less than 11.5 MJ/kg or humidity more than 40%. The obtained results are significant for the preliminary assessment of non-design fuel combustion and narrowing the range of fuels under consideration. Other the boiler conversion consequences for non-design fuel should be taken into account for the final decision, and above all, the probability of the heating surfaces slagging.

Scopul lucrării este de a elabora criterii care să evalueze posibilitatea de ardere a cărbunelui neproiectat într-un cuptor specific înainte de arderea experimentală. Acest obiectiv este atins prin modelarea numerică a arderii diverșilor cărbuni în cuptorul cazanului la parametrii subcritici cu o compoziție medie bazată pe puterea calorică mai mică. Au fost analizate rezultatele calculării modului de ardere a cuptorului în funcție de parametrul de subardere mecanică a cărbunilor din Rusia și țările învecinate. Sunt luați în considerare doi coeficienți de ardere a combustibilului: coeficientul de combustibil și rata de ardere a combustibilului. Primul reprezintă raportul dintre conținutul de carbon din combustibil și randamentul volatil pe masă analitică. Cel de-al doilea este calculat folosind formula propusă, care în loc de conținutul de combustibil în cenușă zburătoare include valoarea procentuală a subcombustiei mecanice, care este utilizată pe scară largă în calculele tehnice. Cele mai importante rezultate sunt dependențele obținute ale arderii combustibilului într-un focar specific de coeficientul combustibilului. Există zone de ardere cu un grad acceptabil de ardere a combustibilului conform standardelor și cu excesul acestuia. S-a găsit și limita posibilei arderi a cărbunelui în funcție de coeficientul de combustibil. Cuptorul studiat a fost conceput inițial pentru arderea cărbunelui brun și, după cum au arătat studiile, nu este recomandat să ardeți cărbuni slabi și slab aglomerați, antracit, precum și cărbuni bruni cu o putere calorică mai mică de 11,5 MJ/kg. Și/sau o umiditate de funcționare mai mare de 40%. Rezultatele obținute sunt semnificative pentru determinarea rezultatului arderii combustibilului neproiectat și restrângerea gamei de combustibili luați în considerare, ținând în suprafețe de încălzire.

В процессе длительной эксплуатации ТЭС возникает необходимость перехода на сжигание непроектного топлива. Выбор пригодного для замены угля является достаточно сложной задачей, которую в настоящее время решают путем опытного сжигания различных непроектных топлив на конкретном энергетическом котле. Целью работы является разработка критериев, оценивающих возможность сжигания непроектного угля в конкретной топке до опытного сжигания. Поставленная цель достигается путем численного моделирования горения различных углей в топке котла на докритических параметрах с усредненным составом по низшей теплоте сгорания. Анализировались результаты расчета топочного режима горения по параметру механического недожога углей России и ближнего зарубежья. Рассмотрены два коэффициента горения топлива: топливный коэффициент и степень выгорания топлива. Первый представляет отношение содержания углерода топлива к величине выхода летучих, на аналитическую массу. Второй рассчитывается по предложенной формуле, в которую вместо содержания горючих в золе уноса входит широко используемое в технических расчетах процентное значение механического недожога. Наиболее важными результатами являются полученные зависимости горения топлив в конкретной топке от топливного коэффициента. Различают зоны горения с допустимой по нормативам степенью выгорания топлива и с ее превышением. Найдена также граница возможного сжигания углей по топливному коэффициенту. Исследуемая топка первоначально проектировалась для сжигания бурого угля, и в ней, как показали исследования, не рекомендуется сжигать тощие и слабоспекающиеся каменные угли, антрацит, а также бурые угли с теплотой сгорания менее 11,5 МДж/кг и/или рабочей влажностью более 40%. Полученные результаты значимы для определения результата сжигания непроектного топлива и сужения круга рассматриваемых топлив, при обязательном учете других последствий перевода котла на непроектное топливо, и прежде всего, вероятности шлакования поверхностей нагрева.