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).
