CFD проектування пальника котла-утилізатора в системі освіти магістрів теплотехнічних спеціальностей

Abstract

Для розвитку навичок CFD проектування і розуміння процесів горіння у майбутніх фахівців теплофізичних спеціальностей проведено роботу моделюванню пальникового пристрою котла-утилізатора КУП-70-4,0-440, що працює у складі енергоблоку на ВАТ «Рубежанський картонно-тарний комбінат» в місті Рубіжне. В процесі побудови геометричної моделі враховано влив гідравлічного опору на потік колекторів, що подає і роздає. Для спрощення розрахунків задача виконувалась в двовимірній, вісісиметричній постановці. Аналізуючи розрахункові моделі горіння, обрано модель Non-Premixe Combustion, яка дозволила врахувати вхід палива і окислювача в зону реакції двома різними потоками, а також турбулентне дифузійне розповсюдження полум’я. Було досліджено шість варіантів моделей: перші три варіанти з жаровою трубою з суцільним диском, наступні три варіанти мали пальник з несуцільним диском. В результаті дослідження було обрано оптимальну форму пальника, що забезпечила найякісніший процес горіння, про що свідчить найвища температура факелу, і найменша температура біля диску. Проведене дослідження дає майбутнім магістрам навички моделювання процесів горіння в енергетичному обладнанні.

Modern CFD methods for calculating combustion processes make it possible to take into account changes in temperatures, heat loads, rates of coolants, as well as further changes in fuel quality. To develop the skills of CFD design and understanding of combustion processes among future specialists in thermophysical specialties, work was carried out to simulate the burner device of a waste heat boiler. For the study, the design of the gas burner of the waste heat boiler RB-70-4.0-440, which operates as a part of the power unit at the LLC “Rubezhansky Cardboard and Container Plant” in the city of Rubezhnoe, was selected. When constructing a geometric model, the hydraulic resistance to the flow of the supply and distribution manifolds was taken into account. To simplify the calculations, the problem was carried out in a two-dimensional, axisymmetric formulation. Analyzing the computational combustion models, the Non-Premixe Combustion model was chosen, which made it possible to take into account the entry of fuel and oxidizer into the reaction zone by two different flows, as well as turbulent diffusion flame propagation. Six variants of models were investigated: the first three variants with a flame tube with a solid disc with diameters of 32, 48, 56 mm, the next three variants, had a burner with a discontinuous disk 32 mm in diameter at a distance of 6, 16, 32 mm from the flame tube. As a result of the research, the optimal shape of the burner was chosen, which corresponds to model 4, and provides a high-quality combustion process, as evidenced by the high temperature of the torch and the lowest temperature at the disk. The conducted research gives future masters the skills of modeling combustion processes in power equipment.