Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

CFD modeling of pulverized coal combustion in air and oxy atmosphere - NOx and SO2 formation

Pawlak-Kruczek H., Zawiślak M.

Proceedings of ECOpole

|

2013

|

Vol. 7, No. 1

149--154

EN

Despite the fact that alternative energy sources sector has been rapidly developed since last years, coal combustion as a major fossil-fuel energy resource (especially in Poland) will continue being a major environmental concern for the next few decades. To meet future targets for the reduction of toxic and greenhouse gases emission new combustion technologies need to be developed: pre-combustion capture, post-combustion capture, and oxy-fuel combustion. This paper deals with the air-fried and oxy-fuel coal combustion (pulverized coal) combustion, and its impact on pollutants (NOx and SO2) formation. For CFD (Computational Fluid Dynamics) modeling of media flows and coal combustion process the laboratory model of combustion reactor was applied. The material input was set based on technical-elementary analysis of pulverized coal used in experiment and sieves grain-size analysis. Boundary conditions (media flows intensities and temperatures) were set based on laboratory experimental measurements. Radiation case-sensitive WSGGM model (weighted - sum - of - gray gases model) was used for calculation. The modeling was proceed for different combustion parameters in air and OXY atmosphere in oxygen/fuel ratio variation and fuel humidity variation function.

PL

Pomimo faktu gwałtownego rozwoju sektora alternatywnych źródeł energii w ostatnich dziesięcioleciach, spalanie węgla jako najważniejszego źródła energii konwencjonalnej (w szczególności w Polsce) jest bardzo istotnym zagadnieniem w aspekcie ochrony i inżynierii środowiska. Nowe wyzwania w zakresie obniżania emisji związków toksycznych, a także gazów cieplarnianych wymuszają rozwój w zakresie innowacyjnych technologii spalania węgla: pierwotnych (na etapie substratów) oraz wtórnych (na etapie produktów), a także modyfikacji procesu spalania (atmosfera OXY). W artykule przedstawiono zagadnienie formowania się zanieczyszczeń (NOx oraz SO2) powstających podczas procesu spalania pyłu węglowego w atmosferze powietrza oraz atmosferze OXY. Do obliczeń metodą CFD (przepływu i spalania mieszanki powietrzno-węglowej wykorzystano model laboratoryjnego pieca opadowego. Jako warunki brzegowe do obliczeń zastosowano wyniki analiz techniczno-elementarnych pyłu węglowego, przedziały frakcyjne cząstek ustalono na podstawie analizy sitowej. Warunki brzegowe (temperaturę pieca, doprowadzanego powietrza oraz paliwa, natężenia przepływu powietrza pierwotnego i wtórnego) ustalono na podstawie pomiarów rzeczywistych w warunkach laboratoryjnych. W celu zamodelowania spalania z uwzględnieniem radiacji wykorzystano model WSGGM (weighted-sum-of-gray-gases model). Obliczenia z uwzględnieniem radiacji oraz powstawania zanieczyszczeń NOx i SO2 prowadzono dla warunków spalania w powietrzu oraz przyjęto zróżnicowane atmosfery OXY. Obliczenia prowadzono w funkcji wartości współczynnika lambda oraz dla różnych wartości wilgotności paliwa.

2

Computational fluid dynamic method in coal combustion modeling: pollutants formation in air and oxy atmosphere

Pawlak-Kruczek H., Zawiślak M.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2013

|

Vol. 20, nr 4-5

453--460

EN

Despite the fact that alternative energy sources sector has been rapidly developed since last years, coal combustion as a major fossil-fuel energy resource (especially in Poland) will continue being a major environmental concern for the next few decades. To meet future targets for the reduction of toxic and greenhouse gases emission new combustion technologies need to be developed: pre-combustion capture, post-combustion capture, and oxy-fuel combustion (the process of burning a fuel using pure oxygen instead of air as the primary oxidant). This paper deals with the air-fried and oxy-fuel hard and brown coal combustion (pulverized coal) combustion, and its impact on pollutants (NOx and SO2) formation. For CFD modeling of media flows and hard and brown coal combustion process the laboratory model of combustion reactor was applied. The material input was set based on technical-elementary analysis of pulverized coal used in experiment and sieves grain-size analysis. Boundary conditions (media flows intensities and temperatures). was set based on laboratory experimental measurements. Radiation case-sensitive WSGGM model (weighted – sum – of – gray – gases model) was used for calculation. The modeling was proceed for different combustion parameters in air and OXY atmosphere in oxygen/fuel ratio variation and fuel humidity variation function.

PL

Pomimo faktu gwałtownego rozwoju sektora alternatywnych źródeł energii w ostatnich dziesięcioleciach, spalanie węgla jako najważniejszego źródła energii konwencjonalnej (w szczególności w Polsce) jest bardzo istotnym zagadnieniem w aspekcie ochrony i inżynierii środowiska. Nowe wyzwania w zakresie obniżania emisji związków toksycznych, a także gazów cieplarnianych wymuszają rozwój w zakresie innowacyjnych technologii spalania węgla: pierwotnych (na etapie substratów) oraz wtórnych (na etapie produktów), a także modyfikacji procesu spalania (atmosfera OXY). W artykule zajęto się zagadnieniem formowania się zanieczyszczeń (NOx oraz SO2) powstających podczas procesu spalania pyłu węgla kamiennego i brunatnego w atmosferze powietrza oraz atmosferze OXY. Do obliczeń CFD przepływu i spalania mieszanki powietrzno-węglowej wykorzystano model laboratoryjnego pieca opadowego. Jako warunki materiałowe do obliczeń posłużono się rzeczywistymi analizami techniczno-elementarnymi pyłu węglowego. Przedziały frakcyjne cząstek ustalono na podstawie analizy sitowej. Warunki brzegowe (temperaturę pieca, doprowadzanego powietrza oraz paliwa, natężenia przepływu powietrza pierwotnego i wtórnego) ustalono na podstawie pomiarów rzeczywistych w warunkach laboratoryjnych. W celu zamodelowania spalania z uwzględnieniem radiacji wykorzystano model WSGGM (weighted – sum – of – gray – gases model). Obliczenia z uwzględnieniem radiacji oraz powstawania zanieczyszczeń NOx i SO2 prowadzono dla warunków spalania w powietrzu oraz przyjęto różnicowane atmosfery OXY. Obliczenia prowadzono w funkcji wartości współczynnika lambda oraz dla różnych wartości wilgotności paliwa.

3

Mechanizm spalania pyłu węglowego

Karcz H.

Archiwum Spalania

|

2007

|

Vol. 7, nr 1-2

35-54

PL

Teoria zapłonu i spalania pyłu węglowego, opierająca się na ogólnej koncepcji wybuchu cieplnego Siemienowa i pracach Franka-Kamienieckiego, jest ciągle przedmiotem wnikliwych badań. W dalszym jednak ciągu wspomniana teoria korzysta z licznych założeń pomocniczych, dyktowanych częściowo koniecznością uproszczenia strony rachunkowej. Niektóre założenia są jednak niemożliwe do wyeliminowania również z tego względu, że brak jest dostatecznych informacji, co do fizykochemicznych zjawisk uczestniczących w procesie zapłonu. Do tych ostatnich należy dynamika wydzielania części lotnych przez małe ziarno węgla przy szybkim nagrzewie. Ten proces, wywierający wyraźny wpływ zarówno na zapłon pojedynczego ziarna, jak i na zapłon strumienia pyłowo-powietrznego, jest we wspomnianych teoriach pomijany, a wszystkie chemiczne własności paliwa są sprowadzane do dwóch tylko wielkości – energii aktywacji i współczynnika przedeksponencjalnego fazy spalania koksu przyjmowanych za wartości stałe w ciągu całego procesu spalania ziaren węglowych. W celu wyjaśnienia w/w problemów prowadzone były kompleksowe badania procesu spalania 10-ciu typów węgli w zakresie od węgli brunatnych do antracytów oraz kilku karbonizatów. Określone zostały charakterystyczne temperatury i czasy spalania, oraz inne charakterystyczne parametry występujące w czasie nagrzewu i spalania.

EN

The theory of coal dust combustion based on both : general concept of Siemianow’s heat explosion and Frank Kamieniecki’s research works is still being the subject of careful examinations. In order to explain numerous problems connected with coal dust combustion, complicated research works have been conducted on the process of combustion of ten coal types ranging from lignite to anthracites and their basic petrographic types. As a result, characteristic temperatures and combustion times as well as other characteristic parameters arising during heating and combustion were determined.

4

Wpływ warunków spalania i typu węgla na emisję NOx i udział części palnych w popiele

Hercog J., Rybak W.

Archiwum Spalania

|

2006

|

Vol. 6, nr 1-4

131-142

PL

Emisja NOx i udział części palnych w popiele podczas spalania pyłu węglowego zależą zarówno od warunków tego procesu, jak i właściwości węgla. W pracy przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych w reaktorze przepływowym o długości 3 m, w których analizowano wpływ takich parametrów spalania, jak: temperatura, globalny współczynnik nadmiaru powietrza, współczynnik i czas przebywania w strefie redukcyjnej oraz typ i właściwości węgla, na wielkość emisji NOx oraz udział części palnych w popiele. Stwierdzono, że na wielkość emisji NOx i niedopał mają największy wpływ współczynnik nadmiaru powietrza i czas przebywania w strefie redukcyjnej oraz właściwości węgla, takie jak stopień uwęglenia i reaktywność pozostałości koksowej po odgazowaniu. Stosowanie niskoemisyjnych technik spalania, takich jak stopniowanie powietrza pozwala uzyskiwać znaczącą redukcję NOx bez istotnego pogorszenia sprawności spalania, jednakże wymaga ono przeprowadzenia każdorazowo optymalizacji warunków spalania ze względu na dopuszczalną emisję NOx i minimalny niedopał.

5

Kinetyka wydzielania części lotnych i spalania pozostałości koksowej pyłu węglowego

Hercog J., Rybak W.

Archiwum Spalania

|

2006

|

Vol. 6, nr 1-4

152-160

PL

W pracy przeprowadzono badania procesu odgazowania części lotnych i spalania pozostałości koksowej czterech prób węglowych, dwóch odmian węgla brunatnego, jednej kamiennego i antracytu, a następnie wyznaczono indywidualne stałe kinetyczne tych procesów dla każdego z węgli. Eksperyment przeprowadzono w elektrycznie ogrzewanym piecu opadowym, w którym panujące warunki są porównywalne do panujących w kotle energetycznym, tj. szybkość nagrzewania cząstek rzędu 104 K/s, temperatura ścianki do 1323 K i wielkość frakcji pyłu 63-80 µm. W wyniku badań stwierdzono, że poszczególne rodzaje węgla różnią się dynamiką i ilością wydzielających się części lotnych. Najszybciej i najwięcej wydziela się ich z węgli brunatnych, następnie kamiennego a najwolniej i najmniej z antracytu. Stwierdzono również, że całkowita ilość wydzielonych części lotnych w warunkach eksperymentu jest większa od 1,02 do 2,57 razy, począwszy od węgli brunatnych do antracytu, od zawartości części lotnych oznaczonych w analizie technicznej wg PN-G-04516:1998. Natomiast szybkość spalania pozostałości koksowej obniża się ze zwiększaniem się stopnia uwęglenia węgla wyjściowego. Szybkość spalania koksów pochodzących z węgla brunatnego jest o trzy rzędy wielkości większa niż dla koksów z antracytu.

6

Optymalizacja procesu spalania pyłu węglowego sposobem obniżenia korozji wysokotemperaturowej - niskotlenowej w komorach kotłów pyłowych

Karcz H., Jodkowski W., Butmankiewicz T.

Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Opolska

|

2004

|

Vol. 295, z. 53

267-284

PL

Optymalizacja pracy kotła pyłowego powinna być prowadzona w kierunku określenia takiego nadmiaru powietrza, przy którym suma straty kominowej, niezupełnego i niecałkowitego spalania będzie jak najmniejsza przy utrzymaniu dopuszczalnej emisji NOx i wyeliminowaniu przyczyn prowadzących do korozji wysokotemperaturowej - niskotlenowej. Spełnienie tych warunków można uzyskać poprzez zastosowanie oddzielnych regulacji ilości powietrza do spalania dla poszczególnych palników i odpowiedniego jego rozdziału na poziomie pojedynczego palnika. Doprowadzenie odpowiedniej ilości powietrza "wtórnego" i powietrza do dysz "OFA" w oparciu o ciągły pomiar CO i części palnych w popiele na wylocie z kotła oraz ciągły pomiar O2 w warstwie przyściennej rur ekranowych pozwala zoptymalizować proces spalania pyłu węglowego i spowodować obniżenie lokalnych stężeń CO w pobliżu ścian ekranowych, a więc zapobiec korozji wysokotemperaturowej -niskotlenowej. Przeprowadzono badania procesu optymalizacji przy stałym obciążeniu kotła w granicach 200 t/h pary i przy nadmiarze powietrza w przedziale od A=1,05 do X=2. Stwierdzono wzrost koncentracji tlenu w warstwie przyściennej rur ekranowych, co jest oznaką obniżenia szybkości korozji niskotlenowej.

EN

Optimization of pulverized-fuel boiler operation should be conducted in a following way - it is necessary to specify such an excess air that will enable to maximally reduce chimney loss sum of incomplete and deficient combustion, simultaneously acceptable emission of NOx will be kept up and causes leading to high-temperature and low-oxygen corrosion will be eliminated. In order to meet all above mentioned conditions one should apply separate quality governing devices of air combustion for individual burners and suitably separate the air on an individual burner level. Delivery of suitable amount of secondary air and air to "OFA" jets, on the basis both of perpetual measurement of CO and combustible parts of ash in a boiler outlet and peipetual measurement of O2 in a boundary layer of radiant tubes, enables to optimize process of coal dust combustion and reduce local concentration of CO nearby water-walls and what follows to prevent high-temperature and low-oxygen corrosion. There have been conducted studies of optimization process with regard to steady load of a boiler within limits of 200 t/h steam and air excess in a range from X=1,05 to X=2. It was noticed increase of oxygen concentration in a boundary layer of radiant tubes, that shows the low-oxygen corrosion rate was reduced.

7

Strata niecałkowitego spalania w kotłach węglowych

Rybak W.

Energetyka

|

2004

|

nr 2

81-88

PL

Strata wynikająca z niecałkowitego spalania pyłu węglowego i związana z tym nadmierna zawartość niespalonych stałych części palnych w żużlu i w lotnym popiele jest podstawową charakterystyką urządzeń kotłowych, obniża sprawność kotła i opłacalność procesu, wpływa na warunki pracy urządzeń odpylających oraz decyduje o możliwościach wykorzystania (sprzedaży przez elektrownię) lotnego popiołu, np. w przemyśle cementowym lub budowlanym. W artykule zawarto analizę metodyki oznaczania zawartości części palnych w żużlu/lotnym popiele i określania straty niecałkowitego spalania, procedurę charakteryzowania węgli ze względu na niedopał oraz dyskusję przyczyn występowania straty niedopału w kotłach pyłowych.

EN

Loss of incomplete combustion of the coal dust in connection with it excessive content of not burned particles in the slag and fly ash characterises essentially boiler equipment, decreases the boiler efficiency and process profitability, influences the operation conditions of de-dusting equipment and decides about possibilities of fly ash utilisation (fly ash sale by the power plant), e.g. in cement and building industry. In the paper there is included an analysis of methodology of determination the combustible particles content in the slag and fly ash and methodology of determination of losses due to incomplete combustion and the procedure of coal characterisation with regard to underburn and discussion of reasons of underburn loss in steam boilers.