بخشی از مقاله
چکیده:
بافل پلیتها و بالههاي دفلکتور بویلر بازیاب جزء قسمتهاي اصلی داکت برنر بویلر بازیاب به حساب میآیند و وضعیت آن براي تیمهاي تعمیرات اهمیت زیادي دارد. در شرایط گوناگون در تولید نیروي برق، ما شاهد آسیبهاي گوناگون روي باله دفلکتور داکت برنر هستیم. اطلاعات و دادههاي ما بر اساس اطلاعات و تست فرمهاي تعمیرات نیروگاه شهید سلیمی نکا تهیه و تنظیم گردیده است.در طول سالهاي اخیر بالههاي فوقانی داکت برنر دچار سوختگی و فرسایش بیشتري نسبت به بالههاي زیرین گردیده است، که از نظر اقتصادي و راندمان نیروگاهی مناسب نیست.
این پروژه تلاش داشته تا با تغییر در فاصله بین بافل پلیت و باله دفلکتور تاثیر مثبت و مناسبی روي کاهش سوختگی و از بین رفتن بالهها داشته باشد. بنابراین گاز داغ - خروجی توربین گاز - که از اطراف بالههاي دفلکتور میگذرند و جریان گاز و احتراق صورت گرفته در این ناحیه توسط نرم افزار فلوئنت شبییه سازي شده است.
در کار حاضر، توسط مدل 2بعدي و با استفاده از مدل احتراق Non-premixed Combustion و مدل PDF و نیز استفاده از مدل جریان آشفته و مدل P-1 براي تشعشع در نرم افزار فلوئنت و بکارگیري مش مثلثی بدون ساختار، جریان گاز در ناحیه مشعل و اطراف آن مورد مطالعه قرار گرفته است. براي اثر دیوار از تابع دیوار استاندارد استفاده شده است. براي حل کردن ترکیب فشار – سرعت از شبکه جابجا شده - Segregated - و الگوریتم Simple استفاده شده است. همچنین براي گسسته سازي معادلات، روش حجم محدود و طرح اختلاف بالادست بکار برده شده است.
نتایج بدست آمده حاکی از آن است که کاهش فاصله میان باله دفلکتور و بافل پلیت باعث افزایش سرعت در ناحیه بالاي دفلکتور شده، که این امر جلو رفتن شعله و کاهش سوختگی در لبه بالایی میگردد.
-1 مقدمه
در نیروگاههاي سیکلترکیبی بدون مشعل، کارکرد بخش بخار وابستگی کامل به کارکرد توربینگاز دارد. در مواردي که نیاز به کارکرد دائمی بخش بخار وجود دارد با تعبیه مشعل در بویلر، به گونهاي که در صورت توقف بخش گاز، کارکرد قسمت بخار با اشکال مواجه نگردد ، عملکرد مستقل این دو بخش تامین می شود و بدین ترتیب، این نوع نیروگاههاي سیکل ترکیبی شکل گرفته اند.
در سیکلهاي ترکیبی، گاز داغ حاصل از احتراق پس از عبور از توربین گاز وارد بویلر بازیاب میشود و حرارت خود را توسط مبدلهاي حرارتی به آب داخل بویلر میدهد. از بخار یا آب گرم تولید شده براي تولید برق در توربین بخار و یا مصارف فرایندي در واحدهاي گوناگون استفاده میشود.[1] در سالهاي گذشته به دفعات متعدد بویلرهاي بازیاب و به خصوص مشعل هاي بویلر بازیاب و اثر آنها روي عملکرد بویلر بازیاب مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته اند. از جمله سوابق مربوطه عبارتند از:
کاتالانو و همکاران با استفاده از کد عددي به تجزیه و تحلیل عددي گسترده براي شبیه سازي عملکرد یک پس سوز استاندارد و بررسی تنظیمات جدید بر روي آن پرداخته اند. آنها مشاهده کردند که مشکل ثبات شعله در هنگام حضور گاز خروجی از دودکش بسیار بیشتر از هنگامی است که هواي خالص حضور دارد و همچنین هنگامی که شرایط عملیاتی به مینیمم مقدار خود میرسد، دماي دیواره نگهدارنده شعله بسیار بالا میرود.
خلیلی و همکاران به تجزیه و تحلیل هیدرودینامیکی رفتار گاز در داخل دودکش بویلر بازیاب پرداختهاند. آنها براي جلوگیري از مشکلات مخرب در بویلر بازیاب و غیریکنواختی جریان در بالادست آن، تغییرات خاصی از جمله نصب یک دستگاه اصلاح جریان1 در مجراي ورودي، ایجاد شیب زیاد و دو برابر کردن مجراي ورودي ارائه دادهاند و همچنین، به بررسی کوتاه شدن طول مجراي ورودي بویلر بازیاب و از بین بردن اثر گردابههاي توربینگاز برروي سرعت پروفایل در مجراي ورودي نیز پرداخته اند
شین و همکاران به شبیهسازي و مطالعه تجربی به منظور تجزیه و تحلیل الگوهاي جریان و در نهایت پیدا کردن جایگزینهاي مناسب براي جریان یکنواخت در ناحیه گذار2 بویلر بازیاب عمودي پرداختهاند. آنها در شبیهسازي انجام شده به بررسی خصوصیات و یکنواختی جریان در منطقه گذار از یک بویلر بازیاب عمودي پرداخته و براي درك الگوهاي جریان در مجراي متصل بین خروجی توربینگاز و ورودي بویلر بازیاب و ارزیابی کمی غیریکنواختی جریان، تست تونل جریان باد سرد انجام دادهاند.
پیشنهادهاي مختلفی براي کاهش غیریکنواختی جریان داده شده از جمله تغییر شکل ورودي مجرا، نصب قطعه اصلاح جریان مانند پره راهنما و صفحه متخلخل، که ارزیابی شده اند و از بین آنها بهترین عملکرد براي یکنواختی جریان را صفحه متخلخل از خود نشان داد.[4] کاتالانو و همکاران در مقاله خود داکت برنرهاي مجهز به فن3 در نیروگاههاي سیکلترکیبی و نیز اثر تغییرات دما و ترکیبات سوخت استفاده شده در تنشهاي حرارتی وارده بر مشعل را مورد بررسی قرار دادهاند. آنها براي تحلیل جریان در این سیستم از کد CFD استفاده کردهاند
پترون و همکاران به بررسی و تجزیه و تحلیل عکسالعمل جریان در داکتبرنرهاي صنعتی در بویلربازیاب پرداختهاند. از نتایج آنها به نظر می رسد که ترکیبات سوخت اثر محسوسی روي پس سوز4 ندارد و نیز اینکه با افزایش جریان جرمی واکنشگرها، به طور جدي ثبات شعله را به خطر میاندازد
-2 شرح مسئله
نیروگاه سیکلترکیبی نکا داراي بویلر بازیاب افقی میباشد و مشعل هاي مورد استفاده در داکت برنر از نوع گرد بوده و احتراق در آن بصورت غیرپیشآمیخته1 میباشد. بالههاي دفلکتور مشعل داکت برنر سیکل ترکیبی در نیروگاههاي جدید از مشکلات اصلی تیمهاي تعمیرات و نگهداري واحد بشمار میروند، چرا که میزان سوختگی آنها در مقابل تغییرات بار واحد و مدت زمان آن تاثیر مستقیمی روي عمر باقیمانده مشعل و منحنی احتراق و نهایتا بخار تولیدي بویلر و مگاوات مورد نیاز واحد سیکلترکیبی دارد.
براساس تحقیقات انجام شده در مجموعه بویلر بازیاب این نیروگاه اطلاعاتی در مورد خرابی و استهلاك زودتر از موعد در مشعلهاي داکتبرنر بدست آمده است. این مشعلها طی دوره هاي مشخصی در فاصله چند ماه مورد بازدید قرار گرفته و در صورت نیاز مرمت یا تعویض میگردند.
براساس تحقیقات صورت گرفته، این مشعلها زودتر از زمان مشخص شده آسیب میبینند. این مشعلها به مرور زمان و با توجه به تماس مستقیم با شعله با دماي 1500 تا 2000 درجه سانتیگراد، دچار خوردگی میشوند، ولی مشکل اصلی اینجاست که لبههاي بالایی بیشتر از لبههاي پایینی و نیز زودتر دچار خوردگی میشوند، که این مورد هم از نظر راندمان کاري و هم از نظر اقتصادي مشکلاتی را ایجاد مینماید.
بیشک استفاده و در مدار آمدن مشعلهاي داکتبرنر تاثیر بسزایی در جبران افت حرارت و آنتروپی گاز داغ خروجی از واحدهاي گازي و تولید بخار با حرارت بالاتر و خشکتر جهت تولید کار در توربین بخار سیکلترکیبی را دارد. در این مقاله سعی شده است تا با ایجاد تغییرات مناسب در فاصله بافل پلیتهاي مشعل داکت برنر از میزان سوختگی لبه هاي بالاي آن کاسته و شکل شعله تشکیل شده را بصورت سودمندي اصلاح کنیم.. در این کار بوسیله نرم افزار فلوئنت جریان گاز داخل داکت برنر - خروجی توربین گاز - که از این مشعلها عبور میکند و احتراق صورت گرفته در این ناحیه شبیهسازي شده است.
-3 روش شبیهسازي
براي شبیه سازي ابتدا مدل مورد نطر توسط نرم افزار گمبیت آماده شده و سپس در نرم افزار فلوئنت عملیات شبیهسازي صورت گرفته است. مدل دو بعدي در تمامی محاسبات عددي بکار گرفته شده است. با توجه به پیچیدگی هندسه دامنه فیزیکی مسئله توسط مش مثلثی بدون ساختار دیسکرتایز شده است. نظر به اینکه جریان حاوي منحنیهاي خط جریان پایداري از جمله گردابهها و ناحیههاي جدایش لایه مرزي میباشد، مدل RNG k − ε براي مدل آشفتگی انتخاب شده است. به علت غیرپیشآمیخته بودن شعله در روند شبیهسازي از مدل Non-premixed Combustion استفاده شده و براي تشعشع مدل P-1 بکار برده شده است. مدلی که براي سیستم واکنش شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته شده، مدل کسر اختلاطPDF/میباشد.
در این روش معادلات انتقال براي کسر اختلاط و انحراف آن بجاي معادلات گونههاي شیمیایی حل شده است. براي اثر دیوار نیز از تابع دیوار استاندارد استفاده شده است. مشخصات جنس قطعه مانند چگالی و گرماي ویژه نیز پس از بررسی آنالیز مواد قطعه و تعیین آنها، وارد شدهاند. براي مرزهاي سیستم، شرایط مرزي مناسب قرارده داده شده است. چنانکه براي ورودي سوخت و هوا شرط مرزي سرعت ورودي2، براي مرز خروجی از شرط فشار خروجی3 و براي دیوارهها از شرط مرزي دیواره4 استفاده شده است.
