Верифікація CFD-моделі теплообміну і гідродинаміки для спалювання непроектного палива у паровому котлі ТПП-210А

Abstract

Викладено результати дослідження CFD-моделі котла ТПП-210А, побудованій згідно з робочими кресленнями ТПП-210А ст. № 3 Трипільської ТЕС. Наукова новизна роботи полягає у визначенні перспективності використання непроектних видів палива, таких як газове вугілля вітчизняного виробництва та тверда біомаса, як сировинної бази котла ТПП-210а, який входить до енергетичного обладнання Трипільської ТЕС України. Моделювання спалювання твердого палива виконувалось за допомогою скінчено-елементних CFD-моделей котельного агрегату в середовищі програмного комплексу ANSYSFluent Student з визначенням відповідних характеристик роботи котла. Верифікація виконувалась для випадку спалювання антрацитового штибу. Для аналізу результатів CFD-моделювання використовувались візуалізації полів швидкостей та температур реагуючих потоків в середині паливні. Також виконано аналіз візуалізації взаємодії палива і окислювача, виходу летких сполук та ступеня вигорання вуглецю у центральному перерізі паливно-котельного агрегату. Визначено, що наявність звуження перерізу паливні над пальниками призводить до нерівномірності енерговиділення на стінках котельного агрегату. Показано, що відхилення значень температур в середині CFD-моделі паливні від даних, взятих з доступної літератури, не перевищує 8 %, що дозволяє використовувати розроблену комп’ютерну модель для моделювання спалювання твердого палива вітчизняного виробництва, яке відрізняється від проектного загальними та специфічними властивостями. Верифікована комп’ютерна модель котла ТПП-210А ст. № 3 Трипільської ТЕС дозволить скласти режимну карту роботи котла під час спалювання твердого палива та отримувати дані для подальшого коригування показників нормативної характеристики роботи котла.

The results of the study of CFD model of TPP-210A type boiler, built according to the working drawings of TPP-210a. st.n. 3 of Trypillya thermal power plant are presented in the paper. The scientific novelty of the work consists in determining the perspective of using non-design types of fuel, such as gas coal of domestic production and solid biomass, as the raw material base of the TPP-210a boiler, which is part of the energy equipment of the Trypillya TPP of Ukraine. Modeling of solid fuel combustion was carried out using finite-element CFD models of the boiler unit in the ANSYS-Fluent Student software complex with the determination of the relevant characteristics of the boiler. The verification was performed for the case of burning anthracite wood. In the presented work, visualization of the fields of velocities and temperatures of reacting flows in the middle of the furnace was used to analyze the results of CFD modeling. The analysis of the visualization of the interaction between fuel and oxidizer, the release of volatile compounds and the degree of carbon burning in the central section of the fuel boiler unit was also performed. It was determined that the presence of a narrowing of the section of the fuel above the burners leads to uneven energy release on the walls of the boiler unit. It is shown that the deviation of the temperature values in the middle of the CFD model of the fuel from the data taken from the available literature does not exceed 8 %, which allows using a developed computer model for simulating the combustion of domestically produced solid fuel, which differs from the design model in terms of general and specific properties. The verified computer model of the TPP-210a boiler, art. no. 3 of the Trypillya TPP will make it possible to draw up a mode map of boiler operation during solid fuel burning and obtain data for further adjustment of indicators of normative characteristics of boiler operation.