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.
Improving the energy efficiency and reliability of boiler equipment in housing and communal services is an urgent task, the solution of which is often associated with the modernization of outdated burners. The key factor determining the efficiency and durability of such boilers is the aerodynamics of the swirling torch created by the vortex burner. In this article, the influence of the degree of flow twist and the configuration of the air supply nozzles on the aerodynamic structure of the flow in the boiler furnace is investigated by computer modeling. The operating parameters of the burner's normal operation are accepted as boundary conditions. As a result of the simulation, velocity and turbulent kinetic energy fields were obtained for four air supply configurations corresponding to different values of the twist parameter. It has been established that it is precisely the aerodynamic asymmetry that leads to the deflection of the high-temperature core of the flare and the focusing of the heat flux on the local section of the shield pipes, which is the main cause of their local overheating, accelerated corrosion and erosion.
Subject of the study the subject of the study is the aerodynamic structure of a swirling torch in the furnace of a hot-water fire-tube boiler and its effect on thermal load, local overheating and wear of screen pipes.
Materials and methods: the research is based on the method of computer hydrogasdynamic modeling for the analysis of the aerodynamic structure of the swirling flow in the furnace chamber of the boiler. When constructing the model, the actual operating parameters of the standard vortex burner were taken into account. As part of the work, comparative modeling was carried out for several characteristic configurations of the air supply system, which differ in the location of open nozzles, which allows varying the degree of flow twist.
Results: as a result of the simulation, detailed velocity fields and the distribution of turbulent kinetic energy were obtained, which serve as the basis for the subsequent analysis of the structure of a swirling torch in the furnace of a hot-water fire-tube boiler. An asymmetric flow field with a recirculation zone is revealed. It is established that the aerodynamic asymmetry causes the deflection of the flare and local overheating of the shield tubes.
Conclusions: the aerodynamic asymmetry of the swirling flare, due to the degree of flow twist, is the main cause of local overheating and accelerated erosion of the screen pipes of fire tube boilers. To increase the efficiency and reliability of the equipment, it is necessary to optimize the geometry of the burner or the air supply system, aimed at equalizing the heat load. Joint analysis of turbulence and flow trajectories is an effective diagnostic method.
полный текст на сайте stroyjurnal-asa.ru