سوخت و احتراق

سوخت و احتراق

بررسی عددی اثر تغییر زاویه مشعل­ها بر پدیده احتراق در دیگ بخار یک نیروگاه منتخب

نویسندگان
حمید معصومی
حمید آب روشن
پژوهشگاه نیرو، پژوهشکده تولید نیرو، گروه بهره‌برداری سیستم‌های نیروگاهی،تهران،ایران
چکیده
در این مقاله، اثر تغییر زاویه مشعل­ های دیگ بخار بر روی متغیر­های جریان گازی و فرایند احتراق به صورت عددی بررسی شده است. بدین منظور دیگ بخار نیروگاه 320 مگاواتی بندرعباس با ابعاد واقعی در نرم ­افزار فلوئنت شبیه­ سازی شده است و معادلات سه بعدی انتقال تکانه، انرژی و گونه­ های شرکت­ کننده در واکنش احتراق در فضای محاسباتی به طور کامل حل شده ­اند. اثر آشفتگی بر جریان سیال و احتراق به ­ترتیب با استفاده از مدل­های ε-kاستاندارد و اتلاف گردابه درنظر گرفته شده است و برای منظورکردن اثر انتقال حرارت تشعشع مدلP1 به ­کار رفته است. متغیرهای احتراق و جریان سیال برای زوایای مختلف مشعل­ ها محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده­ اند. نتایج نشان می­دهد که تغییر زاویه مشعل­ ها راه­کار مناسبی برای کنترل شعله­ ها و دمای قسمت­ های مختلف دیگ بخار و درنتیجه کاهش آلاینده­ ها و محافظت از اجزای داخلی دیگ بخار است. نتایج به ­دست آمده در این تحقیق با نتایج منتشرشده مقایسه شده و رفتار قابل قبولی را نشان می­ دهد.

تازه های تحقیق

نتایج حاصل از شبیه­سازی انجام­گرفته نشان می­دهد که تغییر زاویه مشعل­ها راه­حل مناسبی برای کنترل شعله­ها و دمای قسمت­های مختلف دیگ بخار است. بر این اساس زاویه منفی مشعل­ها سبب هدایت شعله­ها به سمت کف و افزایش دمای قسمت تحتانی دیگ بخار و همچنین جریان گازهای داغ در مرکز می­شود. برعکس، زاویه مثبت مشعل­ها سبب هدایت شعله­ها به سمت خروجی و افزایش دمای قسمت فوقانی دیگ بخار و همچنین جریان گازهای داغ در کناره­ها خواهد شد. از این ابزار کنترلی می­توان به منظور محافظت از تجهیزات درون دیگ بخار (مثل فوق‌گرمکن‌ها، واتروال­ها[1] و بازگرمکن‌ها[2] و ...) در مقابل حرارت مستقیم شعله­ها در شرایط مختلف کاری بهره گرفت.

افزایش زاویه مشعل­ها همچنین سبب افزایش سرعت و تداخل بیشتر گازهای ورودی و در نتیجه افزایش نرخ انجام واکنش می­شود که خود بر دما و کسر جرمی گونه­های شرکت­کننده در واکنش احتراق اثر مستقیم دارد. نتایج نشان دادند که افزایش زاویه مشعل، صرف­نظر از مثبت یا منفی­بودن آن، موجب افزایش نرخ واکنش در نزدیکی مشعل­ها خواهد شد. از سوی دیگر، در زوایای مثبت، سرعت جریان گاز در نزدیکی دیواره ها بیشتر شد، در حالی که زوایای منفی سرعت یکنواخت­تری را در کوره به همراه داشتند. با این حال توزیع دمای کوره در زوایای مثبت یکنواخت­تر می­شود. به طور کلی، با کاهش زاویه مشعل از مقدار صفر، هسته مرکزی داغی که در مرکز کوره شکل گرفته است کمی به پایین آمده و موجب افزایش تشعشع در قسمت تحتانی کوره می­شود. از طرف دیگر از سوختگی لوله­های فوق‌گرمکن‌هایی که بالای کوره قرار گرفته­اند جلوگیری می­شود. افزایش زاویه مشعل از مقدار صفر نیز اگرچه اثر نسبتاً مشابهی در مورد سوختگی فوق‌گرمکن‌ها دارد ولی هسته مرکزی گاز داغ را به پایین کوره منتقل نمی­کند، بلکه آن را در عرض منبسط می­کند. بدین ترتیب توزیع گاز یکنواخت­تر شده، از سوی دیگر سرعت جریان و در نتیجه اثر انتقال حرارت جابه­جایی در دیواره­ها کمی افزایش می­یابد.


[1]. Waterwalls

[2]. Reheaters

کلیدواژه‌ها
احتراق
زاویه مشعل
شبیه­ سازی عددی
کوره

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of Burner Angles Effect on the Combustion Phenomenon in a Selected Power Plant Boiler

نویسندگان English

Hamid Masumi
Hamid Abroshan
Energy Research Institute, Power Generation Research Center, Power Plant Systems Operation Group, Tehran, Iran
چکیده English

In this paper the effect of burners tilt angle on gaseous flows and combustion process is numerically investigated. The furnace of the Bandar Abbas power plant boiler was comprehensively simulated using FLUENT software on the actual scale. The three dimensional Navier-Stokes, the energy and the chemical species transport equations were solved in the computational domain. The standard k-ε turbulence model for fluid flow and the eddy dissipation model for turbulent combustion were utilized and radiation heat transfer was considered using the P1 model. The effects of tilt angle on the fluid flow and combustion parameters were analyzed at a constant air and fuel flow rate. Results show that changing the burners tilt angle is an appropriate way to control the flames and the temperature of different boiler parts. The obtained results were compared with the corresponding results in the literature which showed good agreement.

کلیدواژه‌ها English

Burners tilt angle
Combustion
Furnace
Numerical simulation
1.     D. B. Spalding, The Art of Partial Modeling, Ninth Symposium (International) on Combustion, Academic Press, New York, 1963, pp. 833-843.
2.     H. F. Nelson, “Combustion Modeling in Large Gas-Fired Furnaces,” Heat & Mass Transfer, 6, No. 1, 1979, pp. 23-33.
3.     A. M. Abdullin and V. Vafin, “Numerical Investigation of the Effect of Tube Waterwall and Combustion Products on Heat Transfer in Furnaces,” J. Eng. Physics and Thermophysics, 65, No. 2, 1994, pp. 752-757.
4.     G. H. Yeoh, R. K. K. Yuen, S. C. P. Chueng and W. K. Kwok, “On Modeling Combustion Radiation and Soot Processes in Compartment Fires,” Building and Environment, 38, 2003, pp. 771-785.
5.     C. R. Choi and C. N. Kim, “Numerical Investigation on the Flow Combustion and NOx Emission Characteristics in a 500 MWe Tangentially Fired Pulverized-Coal Boiler,” Fuel, 88, No. 9, 2009, pp. 1720-1731.
6.     Z. Li, J. Jing, G. Liu, Z. Chen and C. Liu, “Measurement of Gas Species, Temperatures, Char Burnout, and Wall Heat Fluxes In A 200-Mwe Lignite-Fired Boiler at Different Loads,” Applied Energy, 87, No. 4, 2010, pp. 1217-1230.
7.     M. Rahimi, S. M. Shariati and A. Khoshhal, “Investigation of Combustion and Transport Phenomena in Bistoun Power Plant Using CFD,” 10th Congress of Chemical Engineering, Sistan and Baluchestan University, Sistan and Baluchestan, Iran, November 2005, (in Farsi).
8.     S. Falahatkar and H. Ahmadikia, “Developing a New Method for Prevention of Superheater Tubes Destruction in Boiler,” Second Conference of Power Plant Industrial, Sharif University, Tehran, November 2010, (in Farsi).
9.     Bandar Abbas Power Plant Documents.
10.  H. K. Versteeg, W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, The Finite Volume Method, First Edition, New York, Longman Ltd, 1995.