CFD-модель теплового і термонапруженого стану барабану котла ДКВР-10-13

Аннотация

Актуальність роботи підтверджується наявністю проблем, які виникають при експлуатації барабанів енергетичних котлів. Внаслідок впливу високого тиску, підвищеної температури, циклічних навантажень і корозійно-активного середовища можуть виникати різні дефекти і пошкодження, такі, як тріщини, втомні руйнування, корозія та інші. Це у змозі спричинити аварії та навіть призвести до катастрофічних руйнувань, які загрожують безпеці й ефективності роботи котельних агрегатів. З огляду на це для забезпечення безпеки й надійності роботи обладнання важливо проводити регулярні інспекції, технічне обслуговування й ремонт. Роботи з продовження терміну безпечної експлуатації котла, який відпрацював призначений строк служби, здійснюються відповідно до затверджених в Україні положень СОУ 40.1-21677681-02:2009 які рекомендують проводити розрахунки на міцність елементів котельних агрегатів і які можна виконати засобами сучасних CFD-методів обчислювальної гідродинаміки (Computation Fluid Dynamics). Представлена робота присвячена CFD-моделюванню терамонапруженго стану барабан-сепаратора, встановленого над паливнею котла типу ДКВР-10-13, яка оснащена пальниками, що працюють за допомогою струменево-нішевої технології. Пальники відрізнялися типом подачі палива. До одного з пальників паливо подається крізь прямокутні щілини, до іншого – через розташовані в ряд круглі отвори. Повітря в обидва пальники подається через прямокутні щілини. Дослідження виконувалося для двох режимів роботи котельного агрегату – номінального і на 60% потужності за допомогою чисельних методів при використанні пакета прикладних програм ANSYS-Fluent. Об’єктом дослідження є барабан котла типу ДКВР-10-13 з усіма ослаблюючими отворами. Предметом дослідження є процеси термічної міцності оболонкової конструкції, яка притаманна барабану котла, внаслідок впливу тиску, температури і теплового потоку від розжарених газів, що рухаються в паливні котла, оснащеної струменево-нішевими пальниками при номінальному й 60 %-му тепловому навантаженні. Визначено, що паспортної товщини стінки 10 мм для барабана котла ДКВР-10-13 як при номінальному, так і при 60% тепловому навантаженнях цілком достатньо, щоб забезпечити міцність барабану, оскільки різниця між найбільшою і найменшою температурою на поверхні барабана знаходиться в межах 30 °С. Причому при газороздачі крізь круглі отвори температурне поле стінки барабана є більш рівномірним, ніж у випадку подачі палива крізь прямокутні щілини. Максимальне еквівалентне напруження по Мізесу, що виникає між рядами отворів на барабані, досягає 75 МПа. Також визначено, що максимальна деформація стінок барабана становила 1,1 мм, що не зможе призвести до руйнації і розриву барабана під внутрішнім тиском.