Лучшие твердотопливные котлы: представляем Топку марки FOCUS

Численное и экспериментальное исследование совместного сжигания топлива из отходов в циркулирующем кипящем слое при изменении нагрузки

Фалах Алобейд 1*, Александр Кун 1, Нхут М Нгуен 1,2, Балте Йонен 1, Йенс Петерс 1 и Бернд Эппле 1

  • 1 Технический университет Дармштадта, Институт энергетических систем и технологий, Дармштадт, Германия
  • 2 Кафедра химического машиностроения, Университет Кантхо, Кантхо, Вьетнам

В этом исследовании представлена ​​комплексная имитационная модель динамического процесса электростанции мощностью 1 МВт.th испытательная установка с циркулирующим псевдоожиженным слоем, применяемая для совместного сжигания лигнита и топлива из отходов. Разработанная имитационная модель динамического процесса описывает стояк с циркулирующим псевдоожиженным слоем и систему подачи с высоким уровнем детализации с учетом теплообмена, взаимодействия газа и твердых тел, горения и гидродинамики. Сначала модель была настроена в двух точках установившегося режима работы, а затем подтверждена данными измерений, полученными в результате длительной испытательной кампании генератора мощностью 1 МВт.th испытательная установка с циркулирующим псевдоожиженным слоем при различных нагрузках (от 60%–80% до 100%). Во время изменения нагрузки смоделированные профили давления и температуры вдоль камеры сгорания, а также концентрации дымовых газов очень хорошо согласуются с данными измерений. Наконец, было исследовано увеличение доли топлива, полученного из отходов, в процессе совместного сжигания, чтобы оценить гибкость его использования в производстве электроэнергии для дальнейшего сокращения выбросов CO.2 выбросы.

Введение 1

Изменение климата является одной из самых серьезных глобальных проблем, с которыми сталкивается общество в 21 веке, активно продвигая меры для гибкой и низкоуглеродной энергетической экономики. Здесь большое значение имеет внедрение технологий улавливания углерода и использование возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии, включая электрификацию теплоснабжения и транспорта. Однако увеличение доли возобновляемых источников энергии на рынке электроэнергии указывает на существенный недостаток, а именно на их прерывистую выработку электроэнергии. Например, ветряные электростанции не могут работать, когда ветер слишком слабый или слишком сильный, а солнечные электростанции работают, когда светит солнце. Надежный источник электроэнергии, например, обычные тепловые электростанции или системы хранения энергии, необходимы для достижения баланса между текущим предложением электроэнергии и спросом. Важным требованием к надежному источнику электроэнергии является динамическая управляемость его выходной мощности для компенсации колебаний подачи от возобновляемых источников энергии. Топливо из отходов (RDF) может способствовать развитию возобновляемых источников энергии. Это заменитель топлива, изготовленный из отходов с высокой теплотворной способностью, который также хорошо подходит для экологически безопасного сжигания.

Читайте также:
Плотный фундамент - Проектирование Зданий

Система с псевдоожиженным слоем является многообещающей технологией сжигания топлива из отходов, поскольку она имеет очень хорошие характеристики сгорания. Сжигание в псевдоожиженном слое характеризуется небольшими температурными градиентами, сильными способностями к смешиванию и теплопередаче газа и твердых веществ, а также высокой гибкостью для твердого топлива с широким диапазоном распределения частиц по размерам и форме. Кроме того, камеры сгорания с псевдоожиженным слоем обеспечивают высокую эффективность сгорания, а также более низкое содержание SO.2 и нетx выбросы из-за более низкой температуры сгорания по сравнению с обычными системами сжигания в промышленных масштабах. Основываясь на скорости псевдоожижения и свойствах твердого вещества, системы с псевдоожиженным слоем можно разделить на неподвижный слой, барботажный псевдоожиженный слой (BFB) и циркулирующий псевдоожиженный слой (CFB) (Kunii et al., 1991). Отмечается, что в последнее время основное внимание уделяется котлам с ЦКС из-за их высокой эффективности сгорания, эксплуатационной гибкости, гибкости твердого топлива и возможности выработки электроэнергии в промышленных масштабах до 660 МВт.el (Хотта и др., 2010).

Помимо экспериментальных исследований, имитационное моделирование может обеспечить достаточный подход для оценки глобальных и локальных переменных потока, а также воспроизведения поведения и явлений, происходящих в процессе, что, в свою очередь, может прогнозировать и оптимизировать работу системы с быстрым и экономически эффективные меры. Однако надежное моделирование также имеет важную проблему, а именно разделение масштабов, которые варьируются от микромасштаба до макромасштаба. Крупномасштабные структуры потока возникают в масштабе реактора (порядка метров), в то время как микромасштаб (от микрометров до миллиметров) является основой потоков газа и твердых тел (взаимодействия газ-твердое тело и частица-частица). В настоящее время для моделирования систем с псевдоожиженным слоем обычно применяются два разных подхода, т. е. вычислительная гидродинамика (CFD) и моделирование процессов. Подход CFD часто используется для моделирования отдельных компонентов для визуализации структур потока газа/твердого пути. Этот подход относительно точен, но требует больших вычислительных ресурсов (Kumar et al., 2018). В то время как моделирование CFD в реальном времени требует значительного повышения точности, производительности и эффективности численных моделей, будущие разработки могут открыть новую эру виртуальной реальности для псевдоожиженных слоев с использованием интерактивного моделирования вместо пошаговых экспериментальных исследований с увеличением масштаба и дорогостоящих эмпирических исследований. методы проб и ошибок (Alobaid et al., 2021). Моделирование технологического процесса используется для моделирования всей технологической системы, включая работу основного блока, пути газа/твердых веществ и воды/пара, а также другие вспомогательные блоки. Моделирование процесса упрощает расчетную область до одномерной, используя эмпирические корреляции для микромасштабных структур потока. Однако экспериментальные данные показали, что структура потока в псевдоожиженном слое распределена в радиальном направлении неравномерно, с большей пустотностью слоя, большей скоростью потока и более высокой скоростью частиц в центральной области слоя и с более низкими значениями ранее упомянутых переменных в область, близкая к стене. Учитывая эти характеристики потока, недавно была предложена модель ядро-кольцо, поскольку она подходит для описания структуры потока в псевдоожиженном слое. Модель предполагает наличие двух однородных областей течения (ядро и кольцевое пространство) в радиальном направлении слоя и использует различия между ними для описания радиально-неоднородной структуры течения в псевдоожиженном слое. Хотя этот тип модели не дает точной радиальной структуры потока, это практичный и очень полезный способ описать структуру потока в ожидании более точного моделирования CFD.

Читайте также:
Листья хосты желтеют: что делать, если у хосты желтеют листья

Первоначально моделирование процессов использовалось для моделирования стационарных процессов, которые выполняют массовый и энергетический баланс процесса, не зависящий от времени. Было опубликовано большое количество моделей стационарного процесса котлов с ЦКС. Гуоли и др. (Tang et al., 2019) разработали математическую модель для имитации энергоблока мощностью 660 МВт.el ультрасверхкритический котел с ЦКС на низкосортном топливе. Результаты показывают хорошее распределение потока и небольшое отклонение температуры в системе испарителя. Ву и др. (Wu et al., 2018) представили модель активной зоны и кольцевого пространства реактора мощностью 600 МВт.el сверхкритический котел с циркулирующим кипящим слоем. Результаты показывают, что модель может достаточно хорошо воспроизводить характеристики CFB. Аналогичные исследования на сверхкритических котлах с циркулирующим кипящим слоем мощностью 600 МВтel также были проведены Wang et al. (Wang et al., 2016) и Pan et al. (Пан и др., 2012). Авторы утверждают, что характеристики теплопередачи и низкое гидравлическое сопротивление конструкции водяной стены применимы и что котлы с ЦКС в сверхкритическом состоянии стали важным вариантом для угольных электростанций. Ян и др. (Yang et al., 2005) разработали 1D модель котла с циркулирующим кипящим слоем мощностью 135 МВт.el для прогнозирования образования золы, истирания и уменьшения размера, времени пребывания и сегрегации. Модель не была проверена на основе измеренных данных. Ван и др. (Wang et al., 1999) представили математическую модель котла с ЦКС мощностью 12 МВт. Результаты испытаний использовались для проверки модели, показывая хорошее совпадение.

В отличие от стационарного моделирования, было найдено меньше публикаций, посвященных моделированию динамических процессов ЦКС. Динамическое моделирование, расширение моделирования стационарного процесса с зависимостью от времени, предлагает важный инструмент для проектирования преобразования энергии, прогнозирования переходного поведения камер сгорания и конфигураций процесса в изменяющихся условиях (Alobaid et al., 2017). ; Кастилья и др., 2021). Динамическая имитационная модель электростанции мощностью 750 МВт.el Угольная электростанция была разработана для оценки эксплуатационной гибкости (Starkloff et al., 2015). Моделирование исследовало поток водяного пара и теплопередачу от газовой стороны к водяному пару, а также схему управления. Лаппалайнен и др. (Lappalainen et al., 2014) разработали динамическое моделирование электростанции мощностью 300 МВт.el Окси-ЦКС в программном обеспечении APROS, включая взаимодействие газа и твердого тела, пароводяную сторону и остров турбин. Следует отметить, что очень немногие динамические модели были проверены на основе измеренных данных в литературе. Разработана динамическая модель сжигания бурого угля Tuncbilek в камере сгорания ЦКС (Гунгор и Эскин, 2007; Гунгор, 2009). Модель процесса хорошо согласуется с результатами измерений, полученными на экспериментальной теплоэлектростанции Университета Гази мощностью 50 кВт. Луо и др. (Luo et al., 2015) разработали модель процесса кислородно-топливного сжигания на основе реактора мощностью 3 МВт.th испытательный стенд в стационарных и динамических условиях с использованием Aspen Plus и Aspen Plus Dynamics. Стационарная модель сравнивалась с экспериментальными результатами, основанными на массовом и энергетическом балансе, а динамические характеристики исполнительных механизмов управления и отклики процессов теплообмена и течения жидкости для воспроизведения динамических откликов системы характеризовали динамическую модель. Результаты динамического моделирования хорошо соответствуют измеренным данным. Модель активной зоны и кольцевого пространства была предложена для имитации осевого распределения газовой и твердой фаз в крупномасштабном котле с ЦКС (Chen and Xiaolong, 2006). Модель используется для описания радиального распределения твердых частиц и скоплений частиц в системе. Температуры моделирования сравнивались с измеренными значениями в камере сгорания в течение очень короткого времени (30 с). Алобейд и др. (Alobaid et al., 2020) разработали динамическое моделирование процесса печи с ЦКС на базе испытательного стенда мощностью 1 МВт с высоким уровнем детализации, включая стояк ЦКС, подачу воздуха, тракт дымовых газов, систему водяного охлаждения. и управляющие структуры. Численные результаты хорошо согласуются с данными измерений при различных вариантах нагрузки. Подтвержденная модель может предсказать переходное поведение переменных процесса потоков газа и твердых частиц во время сжигания лигнита. Модель, использованная в предыдущем исследовании, была расширена Peters et al. (Peters et al., 2020) для выполнения специфических характеристик печи с ЦКС во время динамической работы шлифованного лигнита. Имитационная модель процесса была настроена путем измерения стационарной контрольной точки и подтверждена экспериментальными данными испытания на циклическую нагрузку.

Читайте также:
Продукция - отопительные котлы, банные печи

Из-за ограниченного количества существующих работ по моделированию динамического процесса котлов с циркулирующим кипящим слоем при частичных нагрузках (Alobaid et al., 2020), в частности, с использованием альтернативных видов топлива (например, топлива из отходов), это исследование направлено на разработку динамической модели совместное сжигание лигнита и RDF в псевдоожиженном слое для исследования гибкости компенсации колебаний выработки электроэнергии и увеличения доли RDF при одновременном снижении доли лигнита для дальнейшего снижения выбросов CO2 выбросы. Для этого была разработана 1.5-мерная динамическая имитационная модель технологического процесса мощностью 1 МВт.th Испытательная установка с циркулирующим псевдоожиженным слоем в Техническом университете Дармштадта разработана в APROS, которая рассматривает теплообмен, взаимодействие газа и твердого тела и горение. Разработанная модель была проверена по стационарным и динамическим экспериментальным результатам, а затем были исследованы эффекты увеличения доли RDF. Новизна и задачи настоящего исследования заключаются в следующем.

1. Впервые была разработана имитационная модель динамического процесса совместного сжигания бурого угля и RDF для прогнозирования переходного режима печей с ЦКС при изменении нагрузки.

2. Модель была проверена на различных установившихся и динамических режимах работы, включая увеличение нагрузки с 60% до 80% и 100% с последующим снижением нагрузки со 100% до 80% и 60%, а также увеличение нагрузки. от 60% до 100%. Смоделированные значения давления, температуры и содержания дымовых газов хорошо согласуются с результатами измерений, полученных в ходе длительной испытательной кампании.

3. Было исследовано увеличение доли RDF в совместном сжигании, чтобы оценить гибкость использования чистого RDF для выработки электроэнергии для дальнейшего сокращения выбросов CO.2 выбросы.

Эта статья организована следующим образом. Раздел 2 представляет конфигурацию 1 МВтth тестовая система. В разделе 3 описаны подход к моделированию и структура модели. Раздел 4 демонстрирует разработанную модель динамического моделирования и все использованные допущения, а также результаты моделирования и обсуждения. Основные замечания и выводы, полученные в ходе исследования, изложены в разделе 5.

2 1 МВтth испытательная система с циркулирующим псевдоожиженным слоем

Экспериментальная испытательная установка в основном состоит из стояка и сплошной системы рециркуляции, показанной на рис. 1. Вертикальный стояк имеет внутренний диаметр 0.59 м и общую высоту 8.6 м. Изоляция была разработана по промышленным стандартам толщиной 0.355 м. Конфигурация системы представлена ​​в табл. 1. Основными элементами экспериментальной установки являются система подачи воздуха (первичный воздух, вторичный воздух и воздух горелки), реактор с его твердой циркуляцией (циклон и петлевое уплотнение), система охлаждения, и тракты дымовых газов (теплообменник, рукавный фильтр и вытяжной вентилятор).

Читайте также:
Водонагреватель - Аристон - Каталоги в формате PDF | Документация | Брошюры

Лучшие твердотопливные котлы: от чего зависит стоимость

Твердотопливные котлы позволяют организовать автономное отопление от внешних сетей. Их устанавливают многие владельцы индивидуальных домов, офисов, магазинов в качестве основного или резервного источника тепла. С учетом предложения на рынке новых технологических решений, например, твердотопливных котлов Фокус, можно решить проблему дорогого газового отопления. Экономия составит 50% эксплуатационных расходов за сезон. При этом потребителей интересуют лучшие твердотопливные котлы или просто тонкости выбора той или иной модели.

От чего зависит стоимость и КПД котла

  • технология извлечения тепла;
  • способ подачи топлива;
  • вид топлива и, как следствие, особенности горения;
  • конструкция теплообменника;
  • объем камеры сгорания;
  • материалы для изготовления;
  • требования к дымоходу;
  • теплоемкость и дополнительные конструктивные функции;
  • контроль интенсивности горения;
  • полный комплект монтажного оборудования.

Начнем описание принципов выбора, как выглядят лучшие твердотопливные котлы, с противоположного.

ОБОРУДОВАНИЕ

Твердотопливные котлы необходимо подключать к системе отопления с учетом определенных требований. В первую очередь модели отличаются спецификой своей работы. Они могут работать в открытых системах с естественной циркуляцией и в закрытых с принудительным движением теплоносителя. Учитывая повышенную опасность (гидроудары, превышение температуры выше допустимой), для безопасного подключения к системе теплоснабжения выполняется дополнительная обвязка с группой безопасности. Также можно учитывать особенности работы с другими котлами параллельно или последовательно.

Другими словами, лучшие твердотопливные котлы, а лучше сказать комплектное оборудование, могут включать в себя насос, группу безопасности и дополнительную обвязку. Но такие решения довольно редки.

Интенсивность горения

Обычно пламя регулируется вручную с помощью механического вентиля, через который воздух поступает в камеру сгорания. Клапан может быть автоматическим и управляться датчиками контроля.

Теплоемкость корпуса

Если требуется увеличить теплоемкость отопительного оборудования, его изготавливают из чугуна. В продаже можно найти такие модели производства Чехии. Однако большей популярностью пользуются котлы из жаропрочной стали с толщиной листа 6-8 мм. Отказ от чугунных корпусов связан с установкой котельного оборудования в специально отведенных помещениях. Если он будет стоять на кухне, то для увеличения мощности нагрева подойдет модель с чугунной конфоркой.

Читайте также:
Детали декоративной штукатурки внутренней стены Стоковое фото ©DimitarMitev 28272743

Требования к дымоходу

Безопасная эвакуация дымовых газов является одним из требований к котельному оборудованию. Лучшие твердотопливные котлы имеют минимальные требования к дымоходу. В первую очередь это связано с технологией отбора тепла не только при сгорании, но и в выхлопных газах.

Материалы для изготовления

Лучшие котлы изготавливаются из жаропрочных сталей толщиной от 6 до 8 мм. Чем меньше толщина и хуже марка стали, тем меньше прослужит купленное оборудование. Особое внимание уделяется материалам теплообменника. Как известно, медь отличается большей теплоотдачей. Использование чугуна во внутренней конструкции не только увеличивает долговечность устройства, но и позволяет дольше сохранять тепло и передавать его теплоносителю.

Объем камеры сгорания

Наиболее актуальной для наших потребителей характеристикой является продолжительность работы котла на одной загрузке топлива. Большинство недорогих моделей рассчитаны на 1-2 загрузки в день. В продаже есть котлы с увеличенным объемом топливной камеры, что позволяет загружать больший объем. Существует ряд модификаций моделей, обеспечивающих длительное горение.

  • пиролизные котлы;
  • вертикальный шахтные котлы длительного горения; с постоянной подачей топлива.

Перечисленные типы твердотопливных котлов различаются конструктивно и технологически. Каждая модель имеет свои достоинства. Например, шахтные котлы имеют простую конструкцию и невысокую стоимость, обеспечивая горение в течение нескольких суток. Пиролизные установки различаются по способу извлечения тепла из выбрасываемых газов. По сути, это модификация газо-твердотопливного котла.

Пеллетные котлы используют объемную технологию сжигания во всем объеме топлива, подаваемого непрерывно из загрузочной воронки. В этом случае продолжительность горения без дополнительной загрузки будет зависеть от объема ящик для хранения.

Конструкция теплообменника

Теплообменник передает теплоту от одной среды к другой. В пеллетных котлах тепловая энергия берется из пламени. Другие модели предполагают нагрев теплоносителя от продуктов сгорания. В зависимости от производителя может различаться тип, конструкция, особенности теплообменника и, конечно же, материалы, из которых он изготовлен.

Использованное топливо

Твердотопливные котлы могут быть рассчитаны на разные виды топлива:

  • каменный уголь;
  • дрова;
  • брикетированное топливо; .

Лучшими твердотопливными котлами считаются те модели, которые обеспечивают простоту эксплуатации. То есть пеллетное оборудование субъективно лучше, но дороже угольного котла.

Читайте также:
Виды настенных полок на кухню: описание, фото и примеры

Способ подачи топлива

Способы подачи топлива обсуждались выше. Под ним понимается механическая подача под действием силы тяжести Земли или принудительная подача с помощью конвейера. Наличие системы питания, как и других модулей, упрощающих эксплуатацию, приводит к удорожанию оборудования.

Технология отвода тепла

Это тоже обсуждалось выше. Котлы могут быть предназначены для извлечения тепла при сгорании и от газов, выделяющихся при сгорании топлива. В этом отношении лучшими считаются конденсационные котлы, обеспечивающие извлечение тепловой энергии из дымовых газов.

Какие твердотопливные котлы лучше

Следует учитывать, что твердотопливные котлы не делаются двухконтурными. Горячую воду можно нагреть от дровяного, пеллетного или угольного отопительного оборудования, но только при установке теплоаккумулятора с дополнительным контуром теплообмена.

Во многих случаях в системе отопления может быть два источника тепла. Например, электрический котел подключают только в том случае, если теплоноситель остывает ниже определенной отметки. Также на рынке практически отсутствуют модификации с компенсационным баком и насосом принудительной циркуляции.

Лучший котел является относительным. Обычно это модели с оптимальным набором характеристик. Они обеспечивают стабильную работу оборудования по сравнению с другими моделями своей ценовой группы.

Характеристики нового промышленного твердотопливного котельного оборудования ФОКУС

Наша компания наладила производство промышленных твердотопливных котлов мощностью 100, 200, 300 и 500 кВт. Корпус котла изготовлен из жаропрочной нержавеющей стали. В результате оборудование практически не подвергается эксплуатационному износу.

Котлы FOCUS являются гибридными, то есть позволяют подключить пеллетную горелку для гранулированного топлива и загружать уголь или дрова через вторую дверь.

Самое любопытное качество твердотопливного котла, не упомянутое среди особенностей других моделей, — электронная система управления PLUM, обеспечивающая беспрецедентный для автономного решения уровень автоматизации. В первую очередь система контролирует интенсивность горения и позволяет точно установить температуру охлаждающей жидкости.

Ожидайте новый продукт в продаже! Если вы хотите автоматизировать работу бытового твердотопливного котла, рекомендуем приобрести автоматическую пеллетную горелку FOCUS с климат-контролем и бункером для подачи топлива.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: