Influence of Characteristics Vortex Burner for Heat Transfer Efficiency in the Furnace Boiler

Abstract

Харьковский национальный университет строительства и архитектуры, Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А.М. Бекетова ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВИХРЕВОГО ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКЕ ПАРОВОГО КОТЛА В Украине находится в эксплуатации значительное количество бытовых и промышленных котлов. В данной работе приведены результаты численного исследования процессов сжигания газообразного топлива в топке парового водотрубного котла ДЕ-10/14. Горелочное устройство ГМГ-7 производительностью 728 м 3 /ч природного газа обеспечивает вихревой короткий и широкий факел. Топливовоздушная смесь образуется путём предварительного смешения 15% части воздуха, с первичным коэффициентом крутки горелки n=2,4, и вторичным коэффициенте крутки горелки n=1,6, и коэффициентом избытка воздуха αв=1,10. Рассматривался вариант установки лопаток в канале первичного воздуха с углом φ1=45°, а в канале вторичного воздуха с углом φ2=60°. Амбразура горелки коническая с углом раскрытия 60°. Закрутка первичного и вторичного воздуха-в одну сторону. В результате исследований определены распределения температуры и скорости газов в топочном объёме, плотности тепловых потоков на экранные трубчатые поверхности, концентрации компонентов горения. Математическая модель радиационно-конвективного теплообмена в газовом тракте котла сформирована на основе усреднённых по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса с учётом гравитации и с пренебрежением сжимаемостью. Модель составляют уравнение неразрывности, переноса импульса, энергии и химических компонентов газовой смеси, записанные в стационарной форме. Уравнения замкнуты законом Ньютона для тензора давления, законом Фурье для теплового потока, законом Фика для потока массы, законом Клайперона-Менделеева для термодинамического состояния смеси газов, уравнениями модели турбулентности k-ε Лаундера-Сполдинга и модели турбулентного горения Магнусена-Хертагера. Моделирование выполнено методом контрольного объёма. При значении угла наклона лопаток регистра φ2=60° в канале потока вторичного воздуха и φ1=45° в канале первичного воздуха наблюдается широкое раскрытие факела V-образного вида вблизи среза горелки на расстоянии 0,5-0,6 м. Горение газовоздушной смеси происходит в узких струях раскрытого факела на расстоянии 1,0-1,5 м. Температура газов в струях факела составляет около 1500-1700°С. При этом, узкие струи движутся вблизи экранных поверхностей теплообменных труб. Установлено, что структура факела при угле установки лопаток φ2=45° симметричная и устойчивая, а размеры факела больше соответствуют геометрии топочного объёма. При этом, не наблюдается наброс факела на экранные боковые поверхности и днище топки, затягивания факела в конвективный пучок. Однако, температура газов и плотности теплового потока недостаточно высокие-средние значения составляют около q=100 кВт/м 2 (при q ср =76,8 кВт/м 2). Ключевые слова: численное моделирование, теплообмен, паровой водотрубный котёл, вихревая горелка, угол установки лопаток. Постановка проблемы. В настоящее время на жилищно-коммунальных п...