Моделювання теплоаеродинамічних та екологічних параметрів на прикладі двотрубного водогрійного котла, який відпрацював значний ресурс часу

Abstract

Теми, які пов’язані зі згорянням палива та його впливом на навколишнє середовище ніколи не втратять своєї актуальності, оскільки питання ефективного згоряння та зменшення викидів є ключовими у виробництві електроенергії та охороні навколишнього середовища. Країни Європейського союзу масово відмовляються від використання природного газу як палива для ТЕС. Проте в країнах Азії, простота використання в промисловості природного газу в якості основного палива, його екологічність порівняно із вугіллям, дали змогу широко застосувати природний газ в промисловості та енергетиці. Порівнюючи природний газ з альтернативними горючими газами (генераторним, доменним, шахтним, біогазом) можна зробити головний висновок, про те, що він має найпривабливіші характеристики для застосування його в промисловості в тому числі і в енергетиці. Отже в найближчий час заміна його на альтернативні палива в хімічній, важкій промисловості та енергетиці неможлива. Представлена робота присвячена CFD-моделюванню стабілізованого горіння без попереднього змішування в пальнику з низьким завихренням для двох режимів роботи котельного агрегату – номінального і на 60% потужності. Дослідження виконувалось за допомогою чисельних методів при використанні пакета прикладних програм Ansys-Fluent. Об’єктом дослідження є пальник побудований за технологією, основаній на використанні струменево-нішових систем з газорозподілом палива круглими струменями, що подаються перпендикулярно в потік окислювача через однорядну систему отворів. Предметом дослідження обрано процеси гідродинаміки і теплообміну, на підставі аналізу яких отримана модель генерації NОx в пальниках струменево-нішового типу. В даній роботі розглядаються два типи пальників. У одного з пальників паливо подається крізь прямокутні щілини, у іншого – крізь розташовані в ряд круглі отвори. Повітря у обох пальників подається крізь прямокутні щілини. Визначено, що газороздача крізь круглі отвори посилює розпилення суміші і збільшує зону розпилення продуктів згоряння. Проведена візуалізація розподілу середньої швидкості, температури, шкідливих домішок типу NOx та компонентів реакції. Отримані результати свідчать, що зміна режиму течії, зміщення полум’я або його нестабільності відсутні. Визначено, що на розповсюдження продуктів згоряння і шкідливих домішок типу NOx впливають, як осьова швидкість, так і тангенціальна швидкість потоку. Газороздача круглими струменями стабілізує горіння і зменшує розширення полум’я

Topics related to fuel combustion and its impact on the environment will never lose their relevance, as the issues of efficient combustion and emission reduction are key in power generation and environmental protection. The countries of the European Union are massively abandoning the use of natural gas as a fuel for thermal power station. However, in Asian countries, the ease of using natural gas in industry as the main fuel, its environmental friendliness compared to coal, made it possible to widely use natural gas in industry and energy. Comparing natural gas with alternative combustible gases (generator, blast furnace, mine, biogas), the main conclusion can be drawn that it has the most attractive characteristics for its use in industry, including energy. Therefore, it is impossible to replace it with alternative fuels in the chemical, heavy industry and energy industry in the near future. The presented work is devoted to CFD modeling of stabilized combustion without premixing in a burner with low swirl for two operating modes of the boiler unit - nominal and at 60% capacity. The study was carried out using numerical methods using the ANSYS-Fluent application program package. The object of the study is a burner built according to the technology based on the use of jet-niche systems with gas distribution of fuel by circular jets fed perpendicularly into the flow of the oxidizer through a singlerow system of holes. Hydrodynamics and heat exchange processes were chosen as the subject of research, based on the analysis of which a model of NOx generation in SNS was obtained. In this work, two types of burners are considered. In one of the burners, fuel is supplied through rectangular slits, in the other – through round holes arranged in a row. Air is supplied to both burners through rectangular slits. It was determined that gas distribution through round holes increases the spraying of the mixture and increases the area of spraying of combustion products. Visualization of the distribution of pressure, temperature, kinetic energy profiles of turbulent pulsations and vorticity was carried out. The obtained results indicate that there are no changes in the flow regime, flame displacement or its instability. It was determined that both the axial velocity and the tangential velocity of the flow affect the distribution of combustion products and harmful impurities such as NOx. Gas distribution in circular jets stabilizes combustion and reduces flame expansion.