Компьютерное моделирование в действии – Журнал АКВА-ТЕРМ – отопление, водоснабжение, водоподготовка

Компьютерное моделирование в действии - Журнал АКВА-ТЕРМ - отопление, водоснабжение, водоподготовка Анемометр

Компьютерное моделирование в действии

А. Халатов, С. Кобзарь

Стальной секционный водотрубный котел НИИСТУ-5 создан более 40 лет назад и до сих пор широко используется при отоплении промышленных и жилых зданий. Теплопроизводительность модели – 0,6 Гкал/ч; температура нагрева воды – до 115 °C. Паспортное значение КПД данных котлов составляет 85 %, однако в действительности в настоящее время КПД многих действующих моделей не превышает 50–70 %. К достоинствам НИИСТУ-5 следует отнести хорошую ремонтопригодность: замена вышедших из строя труб может быть осуществлена на месте силами предприятия.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

В середине 1970-х гг. большинство котлов НИИСТУ-5 переведено с угля на природный газ. Модернизация заключалась в удалении колосников и установке на их место подовых горелок, недостаток которых – в отсутствии плавного регулирования мощности. Кроме того, они работают при высоких (от 1,3 до 1,5) коэффициентах избытка воздуха.

В Институте технической теплофизики НАН Украины, где в настоящее время эксплуатируется около 35 тыс. котлов НИИСТУ-5, разработана технология их малозатратной модернизации за счет оснащения фронтальными автоматизированными горелками ГБГМ-0,85НД производства КМП «Промел» (Киев). При этом замена устаревших горелок проводится без разрушения существующей инфраструктуры котельной.

Принцип работы блочной газовой горелки ГБГМ-0,85НД с плавным регулированием мощности основан на образовании частично подготовленной газовоздушной смеси и стабилизации пламени за счёт поджигания от постоянно работающей дежурно-запальной горелки. Воздух от вентилятора, поступая в огневой узел горелки, разделяется на два потока. Основная часть проходит в кольцевую щель между корпусом и центральным стаканом, куда через отверстия поступает основной поток природного газа. Другая часть воздуха поступает на дежурно-запальную горелку внутрь стакана, вытекает через отверстия перфорации диска и отверстия на боковой поверхности стакана, образуя поперечные воздушные струи в потоке основного воздуха или газовоздушной смеси.

Газ на дежурно-запальную горелку подаётся по центральной трубе через отверстия, расположенные между рядами перфорации диска в одной радиальной плоскости с боковыми отверстиями стакана. При поджигании от искры свечи зажигания дежурно-запальная горелка образует устойчивый веерообразный факел с развитой поверхностью, который поджигает основную газовоздушную смесь, проходящую между центральным стаканом и внутренней обшивкой корпуса.

Про анемометры:  Информационный поток, его виды и характеристики

Предложения ИТТФ НАНУ по рациональному использованию горелки ГБГМ-0,85НД в котле НИИСТУ-5 основаны на использовании современной компьютерной технологии, а именно: коммерческого пакета прикладных программ Phoenics-v.3.6 (Великобритания). Специалистами были проведены измерения параметров котла, и по их результатам построена его компьютерная модель (рис. 1).

Компьютерное моделирование в действии - Журнал АКВА-ТЕРМ - отопление, водоснабжение, водоподготовка

Предварительные расчеты показали, что наиболее целесообразно установить горелку на вертикальной оси котла в сечении, находящемся в середине между подом котла и низом переднего экрана. При этом полость для установки подовых горелок необходимо заложить для образования непрерывного ровного пода.

При расчетах термогазодинамических параметров котла НИИСТУ-5 коэффициент избытка воздуха принимался близким к оптимальному (1,05), а параметры потока на входе в котел задавались на основе результатов математического моделирования горелки.

При полной (100-процентной) мощности горелки данные компьютерного моделирования показали, что факел горения получается достаточно узким, а его форма несимметрична по угловой координате (рис. 2). При этих условиях задний экран котла НИИСТУ-5 находится в термически тяжелых условиях, температура продуктов сгорания здесь максимальна.

Компьютерное моделирование в действии - Журнал АКВА-ТЕРМ - отопление, водоснабжение, водоподготовка

Таким образом, работа горелки на полной мощности может привести к быстрому прогару заднего экрана и выходу котла из строя.

При работе горелки с частичной (50-процентной) мощностью результаты расчетов (рис. 3) свидетельствовали, что основной термический «удар» продуктов сгорания приходится на верхнюю центральную часть заднего экрана. Это может привести к локальному вскипанию котловой воды, накоплению отложений и выходу стенки котла из строя.

Компьютерное моделирование в действии - Журнал АКВА-ТЕРМ - отопление, водоснабжение, водоподготовка

То есть режим работы котла на 50 % максимальной мощности горелки также не удовлетворяет условиям его надежной эксплуатации.

При снижении мощности горелки до 20 % максимальной (рис. 4) анализ показал, что факел уже не является дальнобойным. Вблизи задней стенки его скорость близка к нулю. Факел под действием гравитационных сил «всплывает» к верхней стенке котла. В этой же области происходит полное выгорание топлива. Хотя в этом случае поверхности нагрева работают в термически приемлемых условиях, мощность котла будет явно недостаточной.

Про анемометры:  Датчик уровня газа гбо 4 поколения подключение

Компьютерное моделирование в действии - Журнал АКВА-ТЕРМ - отопление, водоснабжение, водоподготовка

Таким образом, анализ работы горелки ГБГМ-0,85НД, интегрированной в котел НИИСТУ-5, позволил сделать вывод о том, что для эффективной эксплуатации горелки на максимальной нагрузке необходимо либо уменьшить длину факела, что требует серьезных конструкционных изменений, либо защитить стенки котла.

В связи с этим разработаны предложения по защите заднего экрана котла кирпичной кладкой на высоте до 1 м от пода топки. Для защиты боковых экранов целесообразно выполнить продолжение кладки вдоль боковых экранов. Зазор между кладкой и экранами должен составлять не менее 50 мм. Это предложение было проанализировано на компьютерной модели котла с кирпичной кладкой, которая показана на рис. 5.

Компьютерное моделирование в действии - Журнал АКВА-ТЕРМ - отопление, водоснабжение, водоподготовка

Мощность горелки составляла 719 кВт, что при КПД котла, равном 90 %, соответствует его номинальной мощности. Результаты расчета показали: предложенное мероприятие по защите заднего экрана обеспечивает надежную эксплуатацию установки. Кирпичная кладка улучшает ситуацию в огневом пространстве, хорошо защищает задний экран от теплового «удара» и предохраняет его от возможного разрушения.

Решение реализовано на одном из котлов НИИСТУ-5 в отопительной котельной Киево-Святошинского района Киевской области. В марте 2007 г. здесь состоялись испытания с участием специалистов ИТТФ НАН Украины, КМП «Промел» и Государственного центра Украины по испытанию и внедрению топливоиспользующего оборудования.

Результаты испытаний показали возможность применения горелки ГБГМ-0,85НД при 100-процентной нагрузке в совокупности с теплоизоляцией задней стенки котла. Более того, КПД котла при этом увеличился с 65 до 90 %. Экономия природного газа за счет этого составила 27,7 м3/ч на 1 Гкал выработанной теплоты. Экономия электроэнергии – 9,5 кВт•ч (за счет отключения дымососа и меньшего потребления электроэнергии горелкой). Общая экономия при производстве 1 Гкал теплоты по результатам испытаний составила:
• по газу при его стоимости на Украине 686 гривен (1 грн – около 4,6 руб.) за 1000 м3 – 30,3 грн;
• по электроэнергии (при стоимости 0,39 грн за 1 кВт•ч) – 6,06 грн.

Про анемометры:  Выбираем газовый котел - 25 глупых ошибок.

Таким образом, стоимость 1 Гкал полученной теплоты уменьшилась более чем на 36 грн. Общая экономия за одни сутки эксплуатации котла НИИСТУ-5 составила 540 грн, а за весь отопительный сезон – 97 200. Поскольку стоимость оборудования для модернизации одного котла НИИСТУ-5 с учетом затрат на монтаж и пусконаладочные работы составила 49 000 грн, то срок окупаемости мероприятий – менее одного отопительного сезона.

Можно сделать вывод о том, что компьютерное моделирование термогазодинамики внутрикотлового пространства обладает высокой точностью, надежностью и информативностью. Оно позволяет достаточно быстро разработать инженерные мероприятия по интеграции конкретной горелки в объем котла и обосновать режимы ее эксплуатации.

По результатам выполненной работы предполагается создание стандартного проекта малозатратной модернизации котла НИИСТУ-5 с использованием горелки ГБГМ-0,85НД.

Статья напечатана в журнале «Аква-Терм» #3(43) 2008

вернуться назад

Характеристики

НаименованиеКотел НИИСТУ-5
(0,465 Гкал)
Котел НИИСТУ-5
(0,28 Гкал)
Теплопроизводительность, МВт0,540,325
Температура воды, °C
на входе
на выходе
70
115
70
115
Расход воды, м³/ч25,011,2
Рабочее давление воды, МПа0,60,6
КПД, %
на твердом топливе
на газовом топливе
72
86
72
86
Масса поставки, т2,31,15
Габаритные размеры котла в обмуровке, мм
длина
ширина
высота
3780
2200
2820
3000
2150
2400
Габаритные размеры трубной системы, мм
длина
ширина
высота
3370
1430
2020
2460
1430
1530
Поверхности нагрева, м²46,519,6
Объем котла, м³0,4180,26
Срок службы до списания, лет1010
Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector