3.3 Тозаң көмірлі отынды жандыру кезінде арналған бастапқы мәліметтер бойынша есептеулер нәтижесін салыстыру

Тозаң көмірлі отынды (дәстүрлі және плазма отынды жүйелер) жандырудың екі режиміндегі және Рефтинской ГРЭС ПОЖ пештерінің жабдықталуына арналған бастапқы мәліметтер бойынша есептеулер нәтижесін салыстырылды.

6-кестеде дәстүрлі көмірдің жануы және 4, 6 және 12 ПОЖ көмегімен плазмамен қамтылған көмірдің жануы бойынша төрт салыстырмалы нұсқаларының есептеу нәтижелері көрсетілген. Кестеде көрсетілгендей, ПОЖ жұмысы кезінде жандырудан шығу кезінде жану өнімдерінің температурасы көмірлі шаңды жандырудың дәстүрлі режимімен салыстырғанда төмендейді. Жекелей алғанда, 12 ПОЖ жұмысы кезінде бұл мән 7 % құрайды. Көмірдің жануына плазмалы отынды (12 ПОЖ жұмыс жағдайында) жүйелердің әсері азот оксидінің концентрациясы (40 %), оттектің концентрациясы (6 %) және мехнедожог отыны q₄ ( 43 %) концентрациясының төмендеуімен де байқалады. Бұл салыстыру көмірді жандыруды плазмалық белсендіру үрдістің негізгі көрсеткіштерін жоғарылататынын көрсетеді.

Кесте 6. Жандырудың щығу кезіндегі көмірді жағу үрдістерінің салыстырмалы сипаттамалары

	Көмірді дәстүрлі жағу	Плазмамен қамтылған көмірді жағу
		4 ПОЖ	6 ПОЖ	12 ПОЖ
T, 0C	1068,6	1059,2	1035,4	994,5
NO, мг/нм3	512,0	488,9	427,5	314,6
O2, кг/кг	0,12·10-2	0,117·10-2	0,115·10-2	0,112·10-2
q4, %	2,75	2,16	2,02	1,55

Жану үрдісінің негізгі сипаттамаларының таралуының талдауы ПОЖні пешті жағуда және шаңкөмірлі жалын жануын тұрақтандыру өртеу үрдісінің сипаттамаларына әсер етіп, NO шығымын төмендететінін көрсетеді. ПОЖ қолдану газификация есебінен төменсұрыпты көмірлерді жандыру үрдісін оңтайландыруға мүмкіндік береді. Cinar ICE үшөлшемді бағдарламасын қолдана отырып, ПК-39-II Рефтинской ГРЭС пешінде күлділігі 42,7 % құрайтын газифицирленген Екібастұз тас көмірі жануының есептеулері жүргізілген. Қатты отынның жануын белсендіру үшін плазма отынды жүйелерді қолдану жану камерасындағы жану үрдісін оңтайландыратынын көруге болады. Жекелей алғанда, 12 ПОЖ қолдану өнімдердің жану температурасын 7 %, азот оксидінің шығымын 40 %, оттек концентрациясын 6 % және мехенедожог отынын 43 % төмендетуге мүмкіндік береді.

Негізгі практикалық ұсыныстар жүргізілген есептік және эксперименттік зерттеулерге негізделген. Жүргізілген зерттеулер номиналды қуаттылығы 1 МВт және көмір бойынша өнімділігі – 300 кг/сағ болатын энергиялық көмірлерді плазмалық өңдеу үшін пилотты құрылғы құруға мүмкіндік береді. Үшөлшемді бағдарлама бойынша жүргізілген есептеулер ПК-39-II Рефтинской ГРЭС пешіндегі отынның жану үрдісін оңтайландыруды қамтамасыз етеді.

4. Құйынды ұлу тәріздес аппараттың есептеулер нәтижесі

Есептеу аймағына кірерде барлық фазалар үшін белгіленген шығын, шығарда белгіленген қысым орнатылған. Модельдің қатты қабырғаларында газ және дисперсті фазалар үшін жабысу шарты берілген. Қабырғаларға жақын ағынның пульсациялық сипаттамаларын анықтау үшін қабырғалық функциялар әдісі қолданылды.

25-28 суреттерде ұлу тәріздес аппараттың плазмотронның осінен бастап саналатын бұрылу бұрышы 0-45° болатын нұсқалар үшін есептеу нәтижелері көрсетілген.

Сурет 25. Ұлу тәріздес аппараттың бұрылу бұрышы 0° тең болғандағы аэроқоспаның ағынын есептеу нәтижелері:

а – қондырғының орны; б – ұлу тәріздес аппараттың және аэроқоспаның плазмалық тұтану камерасының ішкі бетіне жақын жердегі дисперсті фазаның көлемдік концентрациясы; в – дисперсті фазаның көлемдік концентрациясының изобеті f = 7%

Сурет 26. Ұлу тәріздес аппараттың бұрылу бұрышы 15° тең болғандағы аэроқоспаның ағынын есептеу нәтижелері:

а, б – белгілеулерді 7-суреттен қара; в – f = 10%

Сурет 27. Ұлу тәріздес аппараттың бұрылу бұрышы 30° тең болғандағы аэроқоспаның ағынын есептеу нәтижелері:а, б – белгілеулерді 7-суреттен қара; в – f = 6%

Сурет 28. Ұлу тәріздес аппараттың бұрылу бұрышы 45° тең болғандағы аэроқоспаның ағынын есептеу нәтижелері:

а, б – белгілеулерді 25-суреттен қара; в – f = 6,5%

Көмір шаңының максималды концентрациясы шаңның айналуы жүретін ұлу тәріздес аппаратта байқалады (25, а суретті қара). Көмір бөлшектері жиналған сайын олардың әрекеттесуі қарқынды бола бастайды. Осы әрекеттесуді тіркеу бөлшектердің плазмотрон каналына шығуын дұрыс сипаттауға мүмкіндік береді. Бөлшектердің негізгі шығатын жері – ұлу-конфузор ауысуы. Конструкцияның бұл ерекшелігі бөлшектердің «бұрауының» қалыптасуын анықтайды. Бөлшектердің қозғалысының сипатын көмір бөлшектерінің ұлу тәріздес аппаратының және аэроқоспаның плазмалық тұтануының камерасының (25, б суретті қара) ішкі бетіне жақын жерде көлемдік концентрацияларының таралуы бойынша, сонымен қатар көмір бөлшектерінің көлемдік концентрациясының изобеті f көрсетілген 25, в суреттен көрсетуге болады.

Каналға шыққаннан кейін инерциялық күштердің әсерінен бөлшектер спиральдің қабырғасы бойымен қозғалады. Көмір бөлшектерінің траекториялары олардың өлшемдеріне тәуелді болады. Майда фракцияның бөлшектері канал қабырғасымен бірқалыпты таралған. Бөлшектердің өлшемі артқанда шаң-көмірлі ағынның қозғалысы «бұрау» түрге ие болады.

Сурет 29. Көмір шыңының көлемдік концентрациясының изобетінің ұлу тәріздес аппараттың бұрылу бұрышына тәуелділігі

Сурет 30. Бастапқы (а) және көмір салынғаннан 5 минуттан кейінгі (б) шаң-көмірлі шырақ. Шырақтың ядросындағы температура, °С: а – 835; б – 1022

25, в-28, в суреттерін салыстырғанда құбырдағы көмір шаңының негізгі шоғыры ұлу тәріздес аппаратының бұрылу бұрышына тәуелді болады (сурет 29). Мұны 25-28-суреттердегі көмір шаңының көлемдік концентрациясының таралуы және изобеті көрсетеді. 29-суреттен көрініп тұрғандай, плазмотроннан шырақтың шығу аймағына аэроқоспа «бұрауының» салыстырмалы түрде түсуінің оңтайлы нұсқасы ұлу тәріздес аппараттың бұрылу бұрышы 15° (26-суретті қара), бұл кезде плазмотрон қимасы арқылы өтетін көмір шаңының үлесі жалпы массаның 19,5%-ын құрайды.

Сандық есептеулер нәтижелері негізінде Алматы ЖЭО-2 БКЗ-420 қазанындағы үш ПОЖ-нің ұлу тәріздес аппараттары жоғары күлді Екібастұз көмірінің плазмалық тұтануының сынауларын жүргізу үшін плазмотрон осіне қатысты 15°-қа бұрылды. Сынаулар кезінде плазмотрондар әрқайсысы 190кВт орташа қуаттылықпен жұмыс істеді. Әр ПОЖ арқылы көмір шаңының шығыны 2,5-3,1 т/сағ құрады, қалыпты жағдайда біріншілік ауаның шығыны – 2240-2640 м³/сағ [12], екіншілік ауаның шығыны нақты 40%. Сынаулар нәтижелері ұлу тәріздес аппараттардың 15°-қа тең оңтайлы бұрылу бұрышында шаң-көмірлі шырақтың тұрақты тұтануы қамтамасыз етілетінін көрсетті (сурет 30). Суреттен көрініп тұрғандай, шырақтың жарықтығы артып отырған (шырақ ядросының температурасы 1022°С-ге жеткен), ал шырақтың жарқыраған бөлігінің ауданы шамамен 1,5 есе артты.