| Что же можно сказать о модернизации котлов? Она способна обеспечить более рациональное сжигание топлива, повышение эффективности поверхности теплосъема и другие факторы. Но, что особенно привлекает внимание, модернизация котельного оборудования обойдется значительно дешевле его полной замены. Основой для реализации большинства котлов и камер сгорания технологических установок на сегодняшний день являются инженерные рекомендации, разработанные более 20 лет тому назад. Они были основаны на экспериментальных данных для каждого из типов котлов. К сожалению, при этом не удается получить оптимальных решений по повышению КПД или по снижению уровня вредных выбросов в атмосферу. Проведение экспериментальных исследований по отдельным видам котлов с целью разработки дополнительных рекомендаций по их модернизации в виду требования значительных финансовых затрат весьма и весьма затруднительно. Это особенно актуально для модернизации, связанной с использованием новых горелочных устройств, изменением их количества или же места установки.
Вероятно, исходя из всего вышесказанного, в последнее время за рубежом при проектировании и модернизации котлов и камер сгорания все больше и больше распространяются компьютерные технологии. Они основываются на математическом моделировании термогазодинамики внутрикотлового пространства, помощь в этом оказывает быстродействующая компьютерная техника. Специально для этой работы созданы и применяются коммерческие пакеты универсальных программ, в которых находят свое место последние достижения различных областей научных знаний. Назовем наиболее известные из них. Это, например, коммерческие пакеты Fluent, Star-CD, Flow-3D (США), Phoenics (Великобритания) и некоторые другие.
Каковы же главные преимущества и возможности компьютерного моделирования? Во-первых, это широкий спектр решаемых задач, не требующих предварительного программирования и возможность изменения геометрической формы камеры сгорания. Во-вторых, это варьирование режимов работы и расположения горелки и анализ нерасчетных режимов эксплуатации котла. Кроме того, это обнаружение особенностей, труднофиксируемых в эксперименте. Также это и визуальное отображение информации, ее анализ, быстрота получения надежных проектных решений.
Применение компьютерных технологий на начальном этапе конструирования особенно эффективно. В это время идет разработка нескольких конструкторских решений, а также определение стратегии модернизации котла или камеры сгорания. Отдельных слов заслуживает совместное применение компьютерных технологий и данных от проведенных в это же время экспериментальных исследований. Такой ход позволит создать обоснованную стратегию малозатратной модернизации котлов различных типов и «сдвинуть» дорогостоящие экспериментальные исследования на заключительный этап, где их целью будет окончательная проверка решений.
Однако применение компьютерных технологий сопровождается, к сожалению, рядом определенных трудностей. Так, например, стоимость лицензионных пакетов программ составляет несколько тысяч долларов, а работа с ними запрашивает высокую квалификацию инженерного персонала как в области вычислительно техники, так и в различных областях научных знаний, например, таких фундаментальных науках, как вычислительная математика, теория горения и многие другие. Кроме того, необходим определенный опыт разработки исходных данных для проведения моделирования. Но и это не все, важны также постоянные консультации со специалистами, ведущими модернизацию. Недостатком компьютерных технологий является, иногда, и использование упрощенных математических моделей. Это в свою очередь объясняется необходимостью сокращения расчетной процедуры. В то же время, это компенсируется снижением затрат на дорогостоящие экспериментальные исследования.
Приведем пример. С этой целью рассмотрим результаты компьютерного моделирования процессов в топке стального водогрейного котла. Для выполнения данного моделирования был применен пакет программ Phoenics. Мощность котла 100 кВт, конструкция его жаротрубная – с реверсивной топкой и пучком дымогарных трубок, которые расположены под жаровой трубой. Горелка расположена по центру сечения топки. Расход метана – 12,3 м3/ч, а коэффициент избытка воздуха равен 1,2. Продукты сгорания выходят через щелевой сегмент над горелочным устройством.
В ходе моделирования был использован двухстадийный механизм горения метана. Полученные результаты позволяют говорить о том, что распределение скорости в объеме камеры сгорания носит несимметрический характер. Максимальные значения скорости при этом присущи приосевой области. Вычисленные значения средней и максимальной температуры в котле составляют, соответственно, по 1060 и 1493˚С. Расчетное значение концентрации оксидов азота на выходе и камеры составляет 19,6, а измеренное – 24мг/м3. О том, что доносят до нас полученные результаты, мы поговорим в следующей части статьи.
Из приведенных во второй части статьи полученных результатов можно сделать вывод о том, что компьютерное моделирование дает возможность не только получить детальное распределение термогазодинамических параметров, которыми характеризуется горение природного газа, но и дать оценку тому, насколько надежны и верны были принятые ранее конструкторские решения. В ходе этого могут быть также намечены и пути совершенствования конструкции.
К числу важных свойств компьютерных технологий относится и такая особенность, что они позволяют определить распределение термогазодинамических параметров при нерасчетных условиях эксплуатации котла, которые тесно связаны с наличием в газе природных и технических примесей (это, например, могут быть влага, сероводород, масло и прочее), а также при отклонении режима работы от проектного. Последнее может быть вызвано, в том числе, и падением давления газа в магистрали или питающей сети.
Рассмотрим это несколько подробнее, опираясь на результаты моделирования температурного поля и определения концентрации SO2 при сжигании природного газа, в котором присутствует 7-процентная примесь сероводорода. Сравнивать полученные результаты мы будет с данными из части 2 статьи. В рассматриваемом случае (то есть использование газа с примесями), по сравнению с данными из предыдущей части (где использовался 100-процентный метан), происходит снижение температуры продуктов сгорания в объеме камеры сгорания. Форма температурного поля при этом, в целом, сохраняется. Максимальная же температура уменьшается до 1334, а средняя – до 966˚С. Не трудно догадаться, что это приводит к снижению мощности котла.
К важному показателю в расчетах необходимо отнести то, что наличие сероводорода в природном газе приводит к генерации SO2 и составляет 3,3 г/м3. Подобный уровень концентрации является потенциально опасным. Исходя их этого, можно сделать вывод о большой значимости компьютерного моделирования, которое не только оценивает влияние природных примесей сероводорода на термогазодинамику камеры сгорания, но и дает возможность прогнозировать опасные режимы эксплуатации, связанные с возможным выходом из строя котельного оборудования. Таким образом, использование пакетных программ позволяет решать весьма высокий круг задач, осуществлять поиск оптимальной геометрической формы камеры сгорания, намечать стратегию модернизации котлов и совершенствовать эффективность сжигания топлив.
Источник: ООО «Вемиру»
Телефон:(499) 130-93-84
E-mail:info@stroimrem.ru
URL: www.stroimrem.ru
Заказывайте: шуруповерт аккумуляторный - с доставкой в Москве.
PRODOMA.RU - портал о идеях о дизайне дома дизайне. Мы собрали здесь самые полезные статьи про дизайн интерьеров домов. |
