МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СТЕПЕНИ ЗАКРУТКИ ПОТОКА НА АЭРОДИНАМИКУ ФАКЕЛА В ЖАРОТРУБНЫХ КОТЛАХ

Аннотация

Повышение энергоэффективности и надежности котельного оборудования жилищно-коммунального хозяйства является актуальной задачей, решение которой часто связано с модернизацией устаревших горелочных устройств. Ключевым фактором, определяющим эффективность и долговечность таких котлов, является аэродинамика закрученного факела, создаваемого вихревой горелкой. В данной статье методом компьютерного моделирования исследуется влияние степени закрутки потока и конфигурации воздухоподающих сопел на аэродинамическую структуру течения в топке котла. В качестве граничных условий приняты режимные параметры штатной работы горелки. В результате моделирования получены поля скоростей и турбулентной кинетической энергии для четырех конфигураций подачи воздуха, соответствующих разным значениям параметра закрутки. Установлено, что именно аэродинамическая асимметрия приводит к отклонению высокотемпературного ядра факела и фокусировке теплового потока на локальном участке экранных труб, что является основной причиной их локального перегрева, ускоренной коррозии и эрозии.

Предмет исследования: предметом исследования является аэродинамическая структура закрученного факела в топке водогрейного жаротрубного котла и её влияние на тепловую нагрузку, локальный перегрев и износ экранных труб.

Материалы и методы: в основе исследования лежит метод компьютерного гидрогазодинамического моделирования для анализа аэродинамической структуры закрученного потока в топочной камере котла. При построении модели были учтены реальные режимные параметры работы штатной вихревой горелки. В рамках работы проведено сравнительное моделирование для нескольких характерных конфигураций системы подачи воздуха, отличающихся расположением открытых сопел, что позволяет варьировать степенью закрутки потока.

 Результаты: в результате моделирования получены детальные поля скоростей и распределение турбулентной кинетической энергии, которые служат основой для последующего анализа структуры закрученного факела в топке водогрейного жаротрубного котла. Выявлено асимметричное поле течения с зоной рециркуляции. Установлено, что аэродинамическая асимметрия вызывает отклонение факела и локальный перегрев экранных труб.

Выводы: аэродинамическая асимметрия закрученного факела, обусловленная степенью крутки потока, является основной причиной локального перегрева и ускоренной эрозии экранных труб жаротрубных котлов. Для повышения эффективности и надёжности оборудования необходима оптимизация геометрии горелки или системы подачи воздуха, направленная на выравнивание тепловой нагрузки. Совместный анализ турбулентности и траектории движения потоков является эффективным методом диагностики.