ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТИВОТОЧНОГО ВИХРЕВОГО ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ ТБО

Проблема создания многотопливных горелок энергетического направления с минимизацией вредных выбросов, надежным запуском и высокой полнотой сгорания ≥ 0,93 % является актуальной задачей. Её значимость возрастает в связи с переходом на генерируемые синтетические топлива (синтез газ, жидкое и твердое горючее), получаемые в процессе возобновляемых источников энергии органического происхождения, ТБО и медицинские отходы [1,2].

Значимость отмеченного научно-технического поиска непрерывно связано с экологической ситуацией отдельных регионов и страны в целом. При этом необходимо подчеркнуть обозначенные в стране недостатки в энергетическом отношении отдаленных поселений, небольших передвижных энергопользователей, которые должны быть обеспечены в полной мере достаточным энергообеспечением сравнительно малой мощности. Это требует разработки ряда энергоустановок, генерирующих выработку мощности в пределах 0,1 ≤ N ≤ 2,0 МВт.

При создании 3д модели горелочного устройства риc. 1 использованы: графический редактор Компас 3D, вычислительный пакет Ansys CFX.

Геометрические размеры 3д модели, в полной мере соответствуют горелочному устройству в материале. На рис. 2 показана геометрическая модель в разрезе и приведены ее основные граничные условия, приложенные к входам для окислителя и топлива, а также на выходе из проточной части.

Геометрические размеры 3д модели, в полной мере соответствуют горелочному устройству в материале ранее созданному, но не проходившему численные и экспериментальные испытания. На рисунке 2 показана геометрическая модель в разрезе и приведены ее основные граничные условия, приложенные к входам для окислителя и топлива, а также на выходе из проточной части.

Первоначальный численный расчет произведен с принятыми расходами окислителя (воздух); топлива (пропан); из соображений оптимального для данного горелочного устройства коэффициента избытка воздуха (𝛼= 1,5) и устойчивого численного расчета.

В дальнейшем планируется провести экспериментальные исследования данного горелочного устройства с использованием вихревого вентилятора Elektror SD 4n FU-80/4,0, обеспечивающим подачу окислителя с различным давлением. Подача топлива с использованием форсуночного устройства.

Расчетная область представляет собой проточную часть горелочного устройства с одним подводом воздуха в качестве закручивающего устройства, а также с подводом топлива непосредственно в жаровую трубу.

Определим распределение температуры, поступление воздуха через каналы жаровой трубы по сечениям с вычетом расхода топлива, полноту сгорания, параметр закрутки, распределение массовой доли по длине канала. Расчёт производился на полной модели, сетка тетрагональная, количество элементов – 2,1 млн.

Таблица 1 – Граничные условия горелочного устройства

Также на стенке задано условие прилипания и адиабатности.

Согласно приведенным граничным условиям с использованием вышеописанных физико- математических моделей выполнено численное моделирование горения газообразного топлива в вихревом прямоточном горелочном устройстве.

Результаты численного моделирования представлены на рисунках 4-11. Поле температуры, изображенное на рисунке 4, характеризуется не равномерностью в жаровой трубе и областью низкой температуры в пристеночной области горелочного устройства (вне жаровой трубы), что объясняется циркуляцией свежей воздушной смеси, непрерывно подающейся в сопловой ввод. Процесс горения наблюдается большей частью в центре горелочного устройства, однако происходит прилипание потока к одной из стенок жарового пространства, ближе к выходу наблюдается относительное выравнивание поля температур. Относительно высокая температура на выходе из горелочного устройства, говорит практически о не завершении процесса горения при покидании газовым потоком горелочного устройства.

Полное давление в рассматриваемом горелочном устройстве, показанное на рисунке 5, говорит о том, что распределение давления происходит равномерно по всему объему устройство.

Линии тока изображенные на рисунке 6, характеризуются интенсивным закрученным течением.

Оценивая выше упомянутый рисунок наглядно видно, внутри жаровой трубы нет ярко выраженного осевого вихря, проявляется зона обратных токов и прилипание газового потока на стенках жаровой трубы.