Численное моделирование газодинамических процессов в топке котла ТП-170 для ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова»

Расчет выполнен по заказу Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова (МГТУ) для ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

Задача

Основные цели данной работы состояли в создании параметризованной модели горения пылеугольного топлива в топке котла, проведении расчетов на модели в базовом режиме при сжигании пылеугольной смеси низкой концентрации в 6-ти горелках котла и в режиме работы с пылью высокой концентрации (ПВК).

Данная работа включала следующие этапы.

  1. Создание геометрической модели внутренней полости топки котла.
  2. Построение сеточной модели топки котла (дискретизация расчетной области) с учетом двух вариантов исполнения топливных инжекторов (базовый и с ПВК).
  3. Задание физических моделей для созданной расчетной области.
  4. Проведение серии расчетов.
  5. Обработка и анализ результатов.

Решение

На основании 3D модели котла была получена геометрическая модель его внутренней полости. В рассмотрение бралась только половина внутренней полости котла (отделенная вертикальной плоскостью симметрии). Далее на основании чертежей была построена 3D-модель внутренней полости топливного инжектора (тракты воздуха, пылеугольной смеси, природного газа). После этого осуществлялось импортирование модели инжектора в модель котла.

 

Геометрическая модель расчетной области топки котла. Ось Y указывает вертикальное направление.

 

Расположение топливных инжекторов и сечений, через которые подаются компоненты топливной смеси.

 

Использованная на предварительном этапе работы сеточная модель была переработана после получения и анализа первых расчетных данных. Была увеличена плотность дискретизации расчетной области в направлении оси х (по ширине топки), по оси z (вдоль продольно оси инжектора). Для учета патрубка ПВК, корректировки некоторых изменившихся размеров инжектора была изменена топология сеточного разбиения. Кроме того потребовалось усложнить блочную структуру расчетной области для улучшения плавности изменения сеточных размеров, улучшения формы ячеек сетки.

 

Сеточная модель расчетной области топки.

 

Перед запуском расчета были заданы ряд настроек, управляющих численной схемой решения.

Решение системы уравнений выполнялось итерационно. В ходе него значения вычисляемых переменных в каждой расчетной ячейке изменялись от некого начального распределения (основанного на заданных начальных условиях) к искомому распределению.

В результате выполнения расчетов были получены распределения температуры, интенсивности теплового излучения, массовой концентрации атомарного кислорода, а также визуальное отображение траектории частиц, изменение зольности частиц и расстояние от стенки с инжекторами.

Установлено, что полнота сгорания топлива и тепловой поток, отдаваемый горящим топливом стенке котла выше в базовом расчетном варианте (пыль низкой концентрации).

 

Контурный график температур в вертикальной плоскости симметрии.

 

Распределение траекторий частиц угольной пыли в базовом расчетном варианте конструкции. Цвет кривых указывает расстояние от частицы до стенки на которой располагаются инжекторы .