CFD-моделювання процесів теплообміну в паливні котла ГМ-50
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-774X.2024.02.04Анотація
Робота присвячена аналізу доцільності заміни штатних пальників котла ГМ-50 (Е-50-3,9-440ГМ) на пальники, що працюють за струменево-нішевою технологією (СНТ). Дослідження проводилось із використанням програмного комплексу ANSYS Student. Чисельне моделювання дало змогу детально проаналізувати процес спалювання палива в паровому котлі, оцінити його ефективність та вивчити вплив на екологічні показники. Об’єктом дослідження є процеси, які відбуваються при спалюванні газоподібного палива, та їхній вплив на показники роботи енергетичного котла ГМ-50. Предметом дослідження є CFD-модель паливного котла ГМ-50, штатні пальники якого здатні працювати як на рідкому, так і на газоподібному паливі. У моделі використано метан як паливо, а також порівнювались штатні осьові пальники із сучасними струменево-нішевими пальниками, які є більш екологічними. Верифікація CFD-моделі, яка проводилась з використанням результатів експериментального дослідження, отриманими службою енергоресурсів ПАТ «Київенерго», Україна [9] і розрахунків моделі не перевищує 10 %. Параметрами, по яким проводилось порівняння вибрані температура по центру паливні і осереднене по площі перерізу паливні перед фестоном значення NOx. Також виконано визначення середньої температури димових газів в «вікні фестона» за Нормативним методом, у цьому випадку похибка між розрахунками не перевищує 6,7 %. Встановлено, що штатні пальники котла ГМ-50 признано такими, що не відповідають нормам щодо викидів оксидів азоту та пропонуються їх заміна на струменево-нішеві. Розроблена CFD-модель свідчить про зниження на 20% середнього значення NOx на виході з паливні при заміні штатних пальників пальниками компанії СНТ. Отриманий результат можна пояснити тим, що для паливні котла, який оснащений пальниками компанії СНТ температура в області активного горіння досягає 1400 °С, а не до 1800 °С як у випадку використання стандартного пальника.
.
Посилання
Sigal I. Ya., Smikhula A. V., Marasin O. V., Gurevich M. O., Lavrentsov E. M. (2022), “Methods to reduce NOx formation during gas combustion in boilers”, Energy Technologies & Resource Saving, no. 4, pp. 62–72, https://doi.org/10.33070/etars.4.2022.06.
Chong P., Li J., Zhu X., Jing D., Deng L. (2024), “Numeri-cal Study on Combustion Characteristics of a 600 MW Boiler Under Low-Load Conditions”, Processes, no. 12, is. 11, pp. 1–17, https://doi.org/10.3390/pr12112496.
Kim K.-M., Kim G.-B., Lee B.-H., Jeon C.-H., Keum J.-H. (2012), “Methane Gas Cofiring Effects on Combustion and NOx Emission in 550 MW Tangentially Fired Pulver-ized-Coal Boiler”, ACS Omega, vol. 6, is. 46, pp. 31132−31146, https://doi.org/10.1021/acsomega.1c04574.
Zhang D., Zhang H., Wu Y., Zhang M., Kong H., Lu J. (2017), “Experimental and Numerical Studies on Combus-tion Characteristics of a 600 MW Supercritical Arch-fired Boiler Equipped with Slot Burners Before and After Retro-fit. Zhongguo Dianji Gongcheng Xuebao”, Proceedings of the Chinese Society of Electrical Engineering, no. 37(2), pp. 606–614, https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.160628.
Wang T., Wang C., Liu Z., Ma S., Yan H. (2024), “Exper-iment Study and Industrial Application of Slotted Bluff-Body Burner Applied to Deep Peak Regulation”, Interna-tional Journal of Information Technologies and Systems Approach, no. 17, is. 1, pp. 1–15, https://doi.org/10.4018/IJITSA.332411.
Ning X., Yue Y., Huang J., Ding H., Li B., Deng L., Li Y. (2023), “Numerical study on optimization of secondary air box in a 600 MW opposed wall-fired boiler”, AIP Ad-vances, no. 13, pp. 1–13, https://doi.org/10.1063/5.0166006.
Kim K.-M., Ahn S.-G., Kim G.-B., Jeon C.-H. (2019), “Development of Subair Technique for Combustibility Enhancement and NOx Reduction in a Pulverized Coal-Fired Boiler”, ACS Omega, vol. 4, is. 1, pp. 2291–2301, https://doi.org/10.1021/acsomega.8b03405.
Chen Z., Wang Q., Zhang X., Zeng L., Zhang X., He T., Liu T., Li Z. (2017), “Industrial-scale investigations of an-thracite combustion characteristics and NOx emissions in a retrofitted 300 MWe down-fired utility boiler with swirl burners”, Applied Energy, vol. 202, pp. 169–177, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.05.138.
Lohvyniuk M., Novakivskyi Y. (2024), “CFD modeling of thermal processes in the firebox and heat load distribution on the screen surface firebox”, Heliyon, vol. 10, is. 5, pp. 1–24, https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e27324.
ANSYS Inc. (2012), ANSYS FLUENT 14.5. Theory Guide, Canonsburg, 789 p., PA, USA.
Du Y., Wang C., Lv Q., Li D., Liu H., Che D. (2017), “CFD investigation on combustion and NOx emission characteristics in a 600 MW wall-fired boiler under high temperature and strong reducing atmosphere”, Applied Thermal Engineering, vol. 126, pp. 407–418, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.07.147.
Abdulin M. Z. (2019), “Development of thermophysical principles of fuel combustion technologies using jet-niche systems”, D. Sc. Thesis, Institute of Engineering Thermo-physics of NAS of Ukraine, Kyiv.
Abdulin M. Z., Horban K. S., Siry O. A. (2019), “Vzajemozv’jazok robochogo procesu pal'nykovogo prystroju na osnovi strumenevo-nishovoi' tehnologii' spaljuvannja gazu z ekologichnymy aspektamy roboty vognetehnichnyh ob’jektiv [Interrelation of Working Pro-cess of the Burnet Device Based on Stream-Niche Tech-nology of Gas Burning with Envirnmental Aspects of Fireengineering Object’s Work]”, Teplofizyka ta teploener-hetyka [Thermalphysics and Thermal Power Engineering], vol. 41, no 3., pp. 63–69, ISSN 2663-7235, https://doi.org/10.31472/ttpe.3.2019.9.
Stream-Niche Technology Company, Access mode: http://sn-technology.com/ua/ (accessed 22 December 2024).
