CFD-моделювання впливу типу газороздачі в пальниках на теплоаеродинамічні процеси в котлі ДКВР 10-13

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2024.03.016
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 27, № 3, 2024 (вересень)
Сторінки 16–24

 

Автори

О. Ю. Черноусенко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Берестейський, 37), e-mail: chernousenko20a@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1427-8068

А. Ю. Рачинський, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Берестейський, 37), e-mail: arturrachinskiy@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6622-1517

О. В. Баранюк, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Берестейський, 37), Інститут теплоенергетичних технологій НАН України (04070, Україна, м. Київ, вул. Андріївська, 19), e-mail: olexandr.baranyuk@gmail.com, ORCID: 0000-0003-0610-1403

О. А. Сірий, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Берестейський, 37), e-mail: Seruy_Alex@i.ua, ORCID: 0000-0001-5811-9037

 

Анотація

Теми, пов’язані зі згорянням палива та його впливом на навколишнє середовище, ніколи не втратять своєї актуальності, оскільки питання ефективного згоряння й зменшення викидів є ключовими у виробництві електроенергії й 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 як основного палива, його екологічність порівняно із вугіллям дали змогу ширше застосовувати природний газ у промисловості й енергетиці. Порівнюючи природний газ з альтернативними горючими газами (генераторним, доменним, шахтним, біогазом), можна зробити головний висновок про те, що він має найпривабливіші характеристики для використання в промисловості, зокрема і в енергетиці. Отже, у найближчий час заміна його на альтернативні палива в хімічній, важкій промисловості й 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 виконувалося за допомогою чисельних методів при використанні пакета прикладних програм Ansys-Fluent. Об’єкт дослідження – пальник, побудований за технологією, основаною на використанні струменево-нішевих систем із газорозподілом палива круглими струменями, що подаються перпендикулярно в потік окислювача через однорядну систему отворів. Предметом дослідження обрано процеси гідродинаміки і теплообміну, на підставі результатів аналізу яких отримана модель генерації NОx в струменево-нішевих системах. Автори роботи вважають, що заміна штатних пальників водогрійного котла типу ДКВР-10-13 на струменево-нішеві може сприяти кращому змішуванню палива й повітря, а також забезпечити більш повне згоряння. У даній роботі розглянуто два типи пальників. В одному з пальників паливо подається крізь прямокутні щілини, в іншому – через розташовані в ряд круглі отвори. Повітря в обидва пальники подається через 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 і компонентів реакції. Отримані результати свідчать, що зміна режиму течії, зміщення полум’я або його нестабільності відсутні. Встановлено, що на поширення продуктів згоряння і шкідливих домішок типу NOx впливають як осьова, так і тангенціальна швидкість потоку. Газороздача круглими струменями стабілізує горіння і зменшує розширення полум’я.

 

Ключові слова: газороздача, струменево-нішева технологія, ANSYS-Fluent, моделювання, газоподібне паливо, горіння, метан, паливня котла.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Hossain M. A. Computational study of methane-air combustion using the species transport model. AIAA Science and Technology Forum and Exposition, January 3–7, 2022, San Diego. Paper AIAA 2022-1102. https://doi.org/10.2514/6.2022-1102.
  2. Guessab A., Aris A., Bounif A., Gökalp I. Reduced chemical kinetic mechanisms: Simulation of turbulent non-premixed CH4-Air flame. Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering. 2014. Vol. 8. No. 2. P. 66–74.
  3. Eswara Kumar A., Janjanam N., Nagaraju M., Diwakar V. CFD analysis of combustion parameters of methane-air mixture. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). 2015. Vol. 4. Iss. 05. P. 92–95. https://doi.org/10.17577/IJERTV4IS050217.
  4. Li D., Ihme M. Stability diagram and blow-out mechanisms of turbulent non-premixed combustion. Proceedings of the Combustion Institute. 2021. Vol. 38. Iss. 4. P. 6337–6344. https://doi.org/10.1016/j.proci.2020.06.225.
  5. Anetor L., Osakue E., Odetunde C. Reduced mechanism approach of modeling premixed propane-air mixture using ANSYS fluent. Engineering Journal. 2012. Vol. 16. Iss. 1. P. 67–86. https://doi.org/10.4186/ej.2012.16.1.67.
  6. Rajak A., Datta A., Kureel V. Analysis of combustion characteristics of methane/air mixture in coaxial combustor. International Journal of Advance Research in Science and Engineering. 2016. Vol. 5. Iss. 10. P. 277–285.
  7. Mohammadnejad S., An Q., Vena P. C., Yun S., Kheirkhah S. Thick reaction zones in non-flamelet turbulent premixed combustion. Combustion and Flame. 2020. Vol. 222. P. 285–304. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2020.08.047.
  8. Nair A. S., Mohan Krishna B., Ajith Kumar S. Study of non-premixed combustion of propane and methane using CFD. Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 46. Part 10. P. 4593–4597. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.09.713.
  9. Rajak U., Verma T. N. Numerical investigation on cylindrical combustion chamber for methane-air fuel. International Journal on Theoretical and Applied Research in Mechanical Engineering (IJTARME). 2017. Vol. 6. Iss. 1–2. P. 148–150.
  10. Абдулін М. З. Розроблення теплофізичних засад технологій спалювання палив з застосуванням струменевонішових систем. дис. … док. техн. наук: 05.14.06 «Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика» / Інститут технічної теплофізики НАН України. Київ, 2019. 390 с.
  11. ANSYS FLUENT 14.5 Theory Guide. ANSYS Inc. ANSYS Help, 2012. https://ansyshelp.ansys.com.

 

Надійшла до редакції 18.02.2024