CFD-моделювання прийнятності застосування поширених на ринку України пелет, як палива для пелетного котла з пальником ретордного типу

Abstract

SET boilers are designed for heat supply of residential buildings, municipal and industrial buildings, equipped with heating systems with natural or forced circulation of water as a coolant. Sketch drawings and some thermal hydraulic characteristics of these boilers are presented in the open access. The developer website states that the boilers operate with automated loading of pellets from wood waste. The developers emphasize that it is possible to use other types of solid fuel with a change in the technical characteristics and service life of the boiler. In order not to conduct a costly experiment with existing equipment, the authors developed a CFD (Computation Fluid Dynamics) model of the processes taking place in a SET water-heating boiler with a capacity of 25 kW when burning various types of pellets using modern ANSYS-Fluent software package. The calculations were performed using the academic license of the ANSYS Student software package. This license is completely free (since 2015) and is intended for solving introductory and educational tasks in an academic environment. When modeling the processes that occur during the combustion of pellets as a fuel, the authors conducted a simulation of the thermal hydraulic characteristics of the flow of a continuous gas phase during its interaction with a discrete phase in the form of pellet granules. The results of CFD modeling were verified according to the passport data presented by the developer of the SET-25 boiler for the case of burning wood pellets. It was shown that the discrepancy of the results does not exceed 2%, therefore the developed model can be used to simulate the combustion of other common types of pellets - from coniferous wood, rapeseed, from bird droppings and straw, as well as from bottom sludge. The results obtained can be useful when designing new designs of water heating boilers and verifying the calculation of the existing ones.

Котли СЕТ призначені для теплопостачання житлових будинків, споруд комунально-побутового та промислового призначення, обладнаних системами опалення з природною або примусовою циркуляцією води як теплоносія. Ескізні креслення та деякі теплогідравлічні характеристики цих котлів є в наявності у відкритому доступі. На сайті розробника сказано, що котли працюють з автоматизованим завантаженням пелет з відходів деревини. Розробники наголошують, що можливе використання інших видів твердого палива зі зміною технічних характеристик та терміну служби котла. Для того, щоб не проводити вартісний експеримент з наявним обладнанням, автори засобами сучасного програмного комплексу ANSYS-Fluent розробили CFD (Computation Fluid Dynamics) модель процесів, які відбуваються у водогрійному котлі СЕТ 25 АП потужністю 25 кВт під час спалювання різних видів пелет. Обчислення проводились за допомогою академічної ліцензії програмного комплексу ANSYS Student. Ця ліцензія є безкоштовною (з 2015 року) і призначена для розв’язання ознайомлювальних і освітніх задач в академічному середовищі. Досліджуючи процеси, які відбуваються під час спалювання пелет як палива, автори провели моделювання теплогідравлічних характеристик течії безперервної газової фази під час її взаємодії з дискретною фазою у вигляді пелетних гранул. Проведена верифікація результатів CFD-моделювання згідно з паспортними даними від розробника котла СЕТ-25 для випадку спалювання деревних пелет. Показано, що розбіжність результатів не перевищує 2 %, отже розроблену модель можна використовувати для моделювання спалювання інших поширених видів пелет — з деревини хвойних порід, рапсу, з пташиного посліду та соломи, а також з донних мулів. Отримані результати можуть бути корисними для проектування нових конструкцій водогрійних котлів і перевірного розрахунку наявних.