Моделювання процесів теплообміну в топках водотрубних котлів ДКВР(ДЕ)-10/14

Abstract

Надано результати числового дослідження теплообміну в топці водотрубного котла ДКВР(ДЕ)-10/14. На основі креслень котла та пальника ГМГ-7 побудовано геометричну модель внутрішньої порожнини топки і пальника. Математичну модель радіаційно-конвективного теплообміну в газовому тракті котла сформовано на основі осереднених за Рейнольдсом рівнянь Нав’є – Стокса з урахуванням гравітації та з нехтуванням стисливістю. Модель складають рівняння нерозривності, перенесення імпульсу, енергії та хімічних компонентів газової суміші, записані у стаціонарній формі. Рівняння замкнено законом Ньютона для тензора тиску, законом Фур’є для теплового потоку, законом Фіка для потоку маси, законом Клайперона – Менделєєва для термодинамічного стану суміші газів, рівняннями моделі турбулентності k-ε Лаундера – Сполдінга та моделі турбулентного горіння Магнусена – Хертагера. Наведено результати числового моделювання у вигляді розподілу температури газового потоку в характерних перерізах проточної частини котла та розподілу питомих потоків теплоти на поверхнях екранів. Визначено структуру факелу та зону з максимальною температурою та тепловиділенням. Розрахунки також виконано для топки з тупиковим трубчастим вторинним випромінювачем. Показано, що густина радіаційного теплового потоку збільшується на 15–20 %, температура топкових газів на виході з топки знижується та становить 970 °С. Тhe results of a numerical study of heat transfer in water-tube boiler DKVR(DE)-10/14 furnace are provided. The geometric model of the inner cavity of furnaces and burners is constructed with help of boiler and burner GMG-7 drawings. The mathematical model of radiate and convective heat transfer with gravity in the gas path of the boiler on the basis of the Reynolds averaged incompressible Navier – Stokes equations is formed. The model incorporate continuity, momentum, energy and chemical components transfer equations of the gas mixture stored in a stationary manner. Model equations are locked by Newton’s law for a tensor pressure, Fourier law for heat flow, Fick law for mass flow, the Clapeyron law for the thermodynamic state of a gas mixture, k-ε Launder and Spalding turbulence model and Magnussen and Hjertager turbulent combustion model. Such results of numerical simulations as the gas flow temperature distribution in the boiler specific sections and the surface specific heat fluxe distribution on the furnace walls are presented. Determined the structure of the torch and the zone with the maximum temperature and heat. The calculations are also performed for the furnace to a dead-end tubular secondary emitter. It is shown that radiation heat flux density is increased by 15–20%, the flue gas temperature is reduced to 970°C.