بخشی از مقاله
چکیده
در این گزارش با شبیهسازی عددی بویلر نیروگاه شهید منتظری اصفهان به بررسی اثر تغییر هوای ورودی بویلر در دو نسبت مختلف از هوای مرکزی به محیطی شعله، روی پارامترهایی چون بیشینه شار حرارتی رسیده به دیوارهها، بیشینه دمای احتراق، دبی جرمی سوخت و دمای محصولات احتراق در خروجی محفظه احتراق و ورودی قسمت سوپرهیتر بویلر پرداخته شده است. برای این منظور، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی یک مدل سه بعدی از محفظه احتراق بویلر 200 مگاواتی نیروگاه با در نظر گرفتن احتراق در اندازه واقعی شبیهسازی شد . محفظه احتراق شبیهسازی شده شامل دیوارههایی است که با لولههای آب پوشانده شدهاند و 12 عدد مشعل دارای دو قسمت هوای مرکزی و محیطی دارد.
برای کاهش حجم محاسبات و وجود تقارن در هندسه، نیمی از هندسه به صورت متقارن مدل شده است. نتایج شبیه سازی شده با نتایج تجربی گرفتهشده از نیروگاه صحتسنجی شده است. نزدیکی نتایج شبیهسازی شده با نتایج تجربی نشان میدهد که شبیهسازی میتواند دما و جریان را درون محفظه احتراق با دقت خوبی پیشبینی کند. بررسیهای انجام شده نشان داد که با افزایش دما، سوخت کمتری برای احتراق نیاز است، همچنین باعث کاهش شار حرارتی بیشینه روی دیوارههای بویلر و کاهش دمای محصولات احتراق خروجی از محفظه و افزایش تقریبی بیشینه دمای احتراق میشود. با توجه به این تغییرات، محدوده دمایی مناسب هوا برای عملکرد بهینه بویلر انتخاب شد.
کلمات کلیدی: بویلر، دما، احتراق
-1 مقدمه
دیگ بخار یکی از مهمترین قسمتهای نیروگاهها تلقی میشود و در واقع یکی از پروسههای سیکل نیروگاه که تبدیل آب به بخار است در این قسمت انجام میگیرد. ساختمان و عملکرد دیگ بخار تاثیر زیادی در بازده کل سیستم دارد. در گذشته و امروزه تحقیقات زیادی بر روی کورهها از جهات مختلف صورت گرفته است که بیشتر این موارد از مشکلات عمده صنعت بوده است. در این بخش به بررسیهای انجام شده در مورد انواع کورهها پرداخته میشود.کرامیدا - 1801 :2007 - 1 و همکارانش انتقال حرارت تشعشعی در کورههای با سوخت طبیعی را بررسی کردند. این گروه عملکرد مجزای شش مدل شار تشعشعی در حرکت چرخشی شعله درون یک کوره متقارن محوری را ارزیابی کردند.
نتایج محاسباتی را با و بدون اثرات تشعشع با دادههای تجربی مقایسه و همچنین دو مدل تشعشعی را از نظر بازده محاسباتی، سهولت کاربرد و دقت پیشبینی ارزیابی کردند. کولانینو - 93 :2008 - 2 و همکارش بر روی نحوه توزیع شار حرارتی در کوره اتیلن تحقیقاتی انجام دادند. معادلاتی ارائه شده که شار گرما را به عنوان تابعی عملیاتی در نظر میگیرد و آن را با پارامترهای مشعل
و کوره برای پیکربندی ترک خوردگیهای بزرگ ارتباط میدهد. روابط مشابه، شار حرارتی را با ارتفاع و دما مرتبط میکند. بیر3 - 639 :1973 - و همکارش تحقیقاتی تجربی روی تشعشع ناشی از مشعلهای موجود در کورهها انجام دادند. یک شمای عملیاتی از روند حل یک مسئله را بیان کرده و خروجی مشعلهای کوره را بهصورت پیوسته در نظر گرفتهاند.
تالر - 1625 :1992 - 4 یک روش برای محاسبه شار گرمایی محلی در کوره دیگ بخار، ناشی از توزیع درجه حرارت در بخشهایی از لوله را ارائه کرد. روش حل پیشنهادی، فاکتورهایی چون تهنشینی رسوب جدار داخلی، انتقال حرارت هدایتی دیواره و هدایت وابسته به دما را به شمار میآورد. این روش همچنین میتواند برای محاسبه ضریب انتقال حرارت داخلی و محاسبه دمای آب و بخار آب مورد استفاده قرار گیرد. چینسوان - 1 :2014 - 5 و همکارانش در مورد پیشبینی پروفیل شار حرارتی روی دیواره کوره دیگهای بخار بستر سیال مطالعاتی انجام دادند. هدف آنها از این کار بررسی و توسعه یک رابطه برای پیشبینی پروفیل شار حرارتی، روی پوستهی لولهی آب دیوارهای، در امتداد ارتفاع گردش کوره بستر سیال بوده است.
حاجیان نژاد - 1376 - انتقال حرارت در شمش، هنگام عبور از کورهی پیشگرم نورد را مورد بررسی قرار داد. وی در مطالعه خود از روش صفحههای مجازی، به عنوان یک روش کارآمد در تحلیل انتقال حرارت تشعشعی در کورههای صنعتی، استفاده کرده است. چینسوان - 187 :2009 - و همکارانش رفتار انتقال حرارت در اثر وجود پرههای طولی در پوسته داخلی لولههای دیوارهای آب در دیگهای بخار بستر سیال رایج را مورد بررسی قرار دادند. بردبار - 571 -2007 - 6 و همکارانش انتقال حرارت تشعشعی در کوره دیگ بخار را مدلسازی کردند. وی با استفاده از روش تجزیه و تحلیل منطقهای که یکی از مدلهای دقیق برای پیشبینی شار حرارتی روی دیوارههای کوره دیگ بخار است، رفتار دماو شار حرارتی داخل کوره و روی صفحات حرارتی را بدست آورده است و با اندازهگیری شار حرارتی روی دیوارهها دقت و صحت این روش را نشان داده است.
پوررمضانی - 141 :2015 - و همکارانش به بررسی علل کاهش طول عمر مشعلهای بویلر نیروگاه در دو نوع سوخت پرداختند و اثرات نوع سوخت، نسبت چرخش، قطر قطرات سوخت و نسبت سوخت به هوا را بررسی کردند.هدف از این گزارش بررسی اثر تغییر هوای ورودی بویلر در دو نسبت مختلف از هوای مرکزی به محیطی مشعلها، روی پارامترهایی چون بیشینه شار حرارتی رسیده به دیوارهها، بیشینه دمای احتراق، دبی جرمی سوخت و دمای محصولات احتراق در خروجی محفظه احتراق و ورودی قسمت سوپرهیتر بویلر میباشد. بدین منظور ابتدا جهت حل عددی معادلات حاکم از روش حجمهای محدود با استفاده از کد عددی انسیس فلوئنت7 استفاده میشود و نحوه توزیع دما و چگونگی شکلگیری جریان درون محفظه احتراق بویلر در این نرم افزار تعیین میگردد.
دادههای بدستآمده با نتایج تجربی گرفته شده از نیروگاه صحتسنجی میشود و سپس به بررسی اثر دمای هوای ورودی رو پارامترهای بیانشده پرداخته میشود. در انتها با بررسی این پارامترها رنج دمایی مناسب برای هوای ورودی تعیین شده و با دادههای تجربی مقایسه میشود.سوخت بویلر برای مدلسازی را گاز طبیعی در نظر گرفته و با توجه به آلودگی هوای اصفهان این سوخت مناسبتر از سوختهای دیگر و درصد آلودگی آن کمتر است. فرضیات در نظر گرفته شده در شبیهسازی شامل:
▪دیواره های داخلی کوره خاکستری فرض می شود
▪معلوم بودن کلیه خواص تشعشعی سطوح و گاز درون آن
▪سطح کوره و گاز درون آن در حالت کلی غیر هم دما و در حالت تعادل ترمودینامیکی در نظر گرفته می شوند.
-2 مشخصات بویلر
در این مطالعه شبیهسازی احتراق محفظه احتراق بویلر نیروگاه شهید منتظری اصفهان مورد بررسی قرار گرفت. محفظه احتراق بویلر مجهز به ٌٍمشعل نوع چرخهای سوخت است که در دو ردیف در سمت عقبی نصب شدهاند. مشعلهای ردیف پایینی در ارتفاع 3 متر و مشعلهای ردیف بالا در ارتفاع 6 متر مطابق شکل 1 قرار دارند. مشعلها برای کار با سوخت گاز طبیعی طراحی شدهاند. مشعلها مطابق با شکل 1 شامل اجزای اصلی ذیل میباشند:
▪مجرای هوا به دو کانال هوای مرکزی و محیطی مجهز به چرخانندهها با پره ثابت تقسیم شده است.
▪لولههایی که غلاف و پیلوت مشعلها روی آن نصب شده است.
▪مجرای گاز
دادههای مورد استفاده در شبیهسازی عددی محفظه احتراق بویلر در حالت استفاده کامل 100 - درصد - 0&5 از سوخت گاز طبیعی در شرایط توان خروجی 200 مگاواتی مطابق با جدول 1 میباشد.
