The M-shaped boiler construction for the advanced ultrasupercritical steam parameters (A-USC) is proposed in this work. The boiler was designed to operate in a 500 MW unit on low volatile hard coal. This design allows reducing the pipelines length of the high cost steam pipelines made of nickel alloys. A downstream (invert) furnace is offered for this boiler type. The coal dust burning scheme design using the direct-flow burners and nozzles in a system of vertical and horizontal tangential torches and the solid ash removal are proposed. This approach was extensively used earlier on standard shaped boilers, and it was upgraded now for an invert furnace. The goals are achieved by conducting research on the physical furnace model and thermal furnace processes numerical simulation by computational fluid dynamics software. The most significant research results were as follows: the oxidizer stage supply was performed along the torch length and furnace height; the dynamic jet pressure on the furnace walls was excluded; a high degree of coal burnout was ensured due to the vortex furnace aerodynamics implementation; the uniform furnace section filling with air jets was performed; turbulent jets ejection was significantly higher than that for a flat submerged jet; chemical underburning loss did not exceed 0.1%; and unburned carbon loss was 0.8%. The carbon monoxide concentration at the furnace outlet in terms of air excess ratio equal to α=1.4 was 226 mg/nm3. The nitrogen oxides concentration in the flue gases (normalized) was 424 mg/nm3. The results significance obtained during the research is efficient solid fuel use with high technical and economic boiler performance.

Scopul acestei lucrări este de a dezvolta și de a studia schema modernizată pentru cuptorul inversat al cazanului în formă de M eficient pentru ardere a cărbunelui pulverizat folosind arzătoare cu flux direct și duze în sistemul de flăcări tangențiale verticale și orizontale în modul de îndepărtare a zgurii solide. Obiectivele stabilite sunt atinse prin efectuarea de cercetări asupra modelului fizic al cuptorului la realizarea schemei de combustie dată cu modelarea paralelă a proceselor termice din cuptorul cazanului prin intermediul dinamicii fluidelor computaționale, care împreună vor asigura o fiabilitate ridicată a datelor obținute. Cele mai importante rezultate ale cercetărilor sunt următorii parametri ai aerodinamicii cuptorului: dispunerea aprovizionării cu oxidant în etape de-a lungul lungimii flăcării și înălțimii cuptorului; excluderea presiunii dinamice a jeturilor pe pereții cuptorului; asigurarea unui grad ridicat de ardere a particulelor de praf de cărbune datorită realizării aerodinamicii turbionare a cuptorului; umplerea uniformă a secțiunii transversale a cuptorului cu jeturi de aer; inducția jeturilor turbulente a fost mult mai mare, decât în cazul jeturilor inundate plate; pierderile de căldură cu subarderea combustibilului chimic nu depășesc conținutul de monoxid de carbon la ieșirea din cuptor în recalcularea pentru un exces de aer egal cu α=1,4 a fost de 226 mg/Nm3, iar concentrația de oxizi de azot din gazele de ardere (redusă la condiții normale) a fost de 424 mg/Nm3. Semnificația rezultatelor, obținute în cursul cercetării, constă în utilizarea eficientă a combustibilului solid la indicatori tehnici și economici ridicați ai funcționării cazanelor.

Для ультрасверхкритических параметров (УСКП) пара предложена конструкция котла М-образного профиля, предназначенного для работы в блоке мощностью 500 МВт на каменном угле марки Т. При такой компоновке котла удается значительно сократить длину паропроводов, что особенно актуально при ультрасверхкритических параметрах перегретого пара из-за высокой стоимости паропроводов, выполненных из никелевых сталей. Для такого типа котла предложено топочную камеру выполнить нисходящей (инвертной). Целью данной работы является разработка и исследование модернизированной для инвертной топки котла М-образного профиля эффективной схемы сжигания угольной пыли с использованием прямоточных горелок и сопл в системе вертикальных и горизонтальных тангенциальных факелов в режиме твердого шлакоудаления. Поставленные цели достигаются за счет проведения исследований на физической модели топки при реализации данной схемы сжигания с параллельным моделированием тепловых процессов в топке котла средствами вычислительной гидродинамики, что в совокупности обеспечит высокую достоверность полученных данных. Наиболее существенными результатами исследований являются следующие показатели топочной аэродинамики: организация стадийного подвода окислителя по длине факела и по высоте топки; исключение динамического давления струй на стены топки; обеспечение высокой степени выгорания частиц угольной пыли за счет реализации вихревой аэродинамики топки; равномерное заполнение сечения топки воздушными струями; эжекция турбулентных струй оказалась значительно выше, чем для плоской затопленной струи; потери теплоты с химическим недожогом топлива не превышают 0.1%; потери с механическим недожогом 0.8%. Содержание монооксида углерода на выходе из топки в пересчете на избыток воздуха равный α=1.4 составило 226 мг/нм3, концентрация оксидов азота в уходящих газах (приведенная к нормальным условиям) составила 424 мг/нм3. Значимость полученных в ходе исследований результатов заключается в эффективном использовании твердого топлива при высоких технико-экономических показателях работы котла.