Численное исследование влияния дисперсного состава на характеристики сжигания угольного топлива в циркулирующем кипящем слое

Особенность математического моделирования циркулирующего кипящего слоя (ЦКС) состоит в том, что твердая фаза (топливные и золовые частицы) всегда является полидисперсной средой. В статье сконструирована математическая модель газодинамики, тепломассообмена и горения в топочном объеме парогенератора ЦКС с высококонцентрированным содержанием дисперсной фазы применительно к исследованию аэротермохимических процессов в топке ЦКС. Учитываются: турбулентная структура двухфазного потока, радиационный теплообмен в запыленной среде, химическая кинетика реакций воспламенения и горения, эффекты силового и теплового взаимодействия между частицами и частиц со стенкой, др. В качестве модели такой среды была выбрана феноменологическая модель взаимопроникающих континуумов Х. А. Рахматулина. Характерными признаками технологии ЦКС являются: во-первых, организованная внутритопочная циркуляция твердых частиц; во-вторых, повторный возврат недогоревших крупных фракций в псевдоожиженный слой. В результате этого время выгорания в низкотемпературном ЦКС увеличивается практически на два порядка по сравнению с факельным режимом, что позволяет выжечь самые тяжелые топлива. Анализ данных численных расчетов показал, что наилучшие результаты по воздействию полидисперсного состава топлива на характеристики топочного процесса в ЦКС обеспечивает распределение частиц по размерам, в котором преобладает более мелкая фракция.