ТЕРМОНАПРУЖЕНИЙ СТАН БАРАБАНУ КОТЛА ДКВР-10-13 У РАЗІ ЗАМІНИ ШТАТНОГО ПАЛЬНИКА НА СТРУМЕНЕВО-НІШЕВИЙ

А. Ю. Рачинський; О. В. Баранюк; О. Ю. Черноусенко

doi:10.31649/1997-9266-2025-178-1-137-144

Автор(и)

А. Ю. Рачинський

Національний технічний університет України ""Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"" ROR

О. В. Баранюк

Національний технічний університет України ""Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"" ROR

О. Ю. Черноусенко

Національний технічний університет України ""Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"" ROR

DOI https://doi.org/10.31649/1997-9266-2025-178-1-137-144

Ключові слова

теплообмін числове моделювання міцність ресурс барабан котла

Анотація

Проаналізовано термонапружений стан барабан-сепаратора котла типу ДКВР-10-13 за допомогою CFD-моделювання з використанням програмного пакета Ansys Fluent. У дослідженні основну увагу приділено вивченню впливу конструктивних і експлуатаційних факторів на міцність і стабільність роботи барабана котла, оснащеного струменево-нішевими пальниками. Аналіз здійснювався для двох режимів роботи котла: номінального навантаження та у разі 60 % навантаження потужності. Використовувалася технологія стабілізованого горіння без попереднього змішування в пальнику. Газорозподіл здійснювався через круглі отвори, перпендикулярно до потоку окислювача, що сприяло ефективнішому змішуванню палива та повітря. Різниця між максимальною та мінімальною температурою поверхні барабана не перевищувала 30 °C, що забезпечує стабільність роботи конструкції. Візуалізація полів швидкості, температури та концентрацій продуктів реакції (зокрема NOx) показала, що струменево-нішева технологія сприяє зменшенню викидів шкідливих речовин та більшому згорянню палива. Відсутність нестабільності полум’я або зміщення його положення підтверджує надійність режиму горіння. Досліджено вплив температурного поля, внутрішнього тиску та теплового потоку на міцність барабана з урахуванням ослаблювальних отворів. Максимальне еквівалентне напруження за критерієм Мізеса становило 75 МПа, що значно нижче границі міцності матеріалу. Максимальна деформація барабана — 1,1 мм, що не становить загрози руйнування. Паспортна товщина стінки барабана (10 мм) є достатньою для забезпечення міцності в обох досліджуваних режимах.

Заміна стандартних пальників котла типу ДКВР-10-13 на струменево-нішеві сприяє: підвищенню ефективності та рівномірності згоряння палива, поліпшенню екологічних показників завдяки зменшенню викидів NOx, при цьому забезпечується термічна міцність барабана навіть у змінних режимах роботи. Результати дослідження є вагомим підґрунтям для вдосконалення пальникових пристроїв у котлах подібного типу та підвищення їхньої енергоефективності.

240 111

Як цитувати

[1]

«ТЕРМОНАПРУЖЕНИЙ СТАН БАРАБАНУ КОТЛА ДКВР-10-13 У РАЗІ ЗАМІНИ ШТАТНОГО ПАЛЬНИКА НА СТРУМЕНЕВО-НІШЕВИЙ», Вісник ВПІ, вип. 1, с. 137–144, Лют 2025, doi: 10.31649/1997-9266-2025-178-1-137-144.

Завантажити посилання

Біографії авторів

автор А. Ю. Рачинський, афіліація Національний технічний університет України ""Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського""

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри теплової та альтернативної енергетики

автор О. В. Баранюк, афіліація Національний технічний університет України ""Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського""

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри теплової та альтернативної енергетики

автор О. Ю. Черноусенко, афіліація Національний технічний університет України ""Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського""

док. техн. наук, професор, завідувач кафедрою теплової та альтернативної енергетики

Посилання

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Tianlong Wang, Chaoyang Wang, Zhiqiang Liu, Show Shuai Ma and Huibo Yan, “Experiment Study and Industrial Application of Slotted Bluff-Body Burner Applied to Deep Peak Regulation,” International Journal of Information Technologies and Systems Approach, no. 17 (1), pp. 1-15, 2024. https://doi.org/10.4018/IJITSA.332411 .

Xinyu Ning, et al., “Numerical study on optimization of secondary air box in a 600 MW opposed wall-fired boiler,” AIP Advances, no. 13 (10), 2023. https://doi.org/10.1063/5.0166006 .

Kang-Min Kim, Seok-Gi Ahn, Gyu-Bo Kim, and Chung Hwan Jeon, “Development of Subair Technique for Combustibility Enhancement and NOx Reduction in a Pulverized Coal-Fired Boiler,” ACS Omega, no. 4 (1), pp. 2291-2301, 2019. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b03405 .

Zhichao Chen, et al., “Industrial-scale investigations of anthracite combustion characteristics and NOx emissions in a retrofitted 300 MWe down-fired utility boiler with swirl burners,” Applied Energy, vol. 202, pp. 169-177, 2017. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.05.138 .

Alexander Shkarovskiy, Sylwia Anna Janta-Lipińska, and Renata Gawin, “Annual Set,” The Environment Protection, vol. 18 no. 1. pp. 565-578, 2016. ISSN 1506-218X. [Electronic resource]. Available: https://sdr.tu.koszalin.pl/info/article/KUT40c8e2c5c27e45df926faa1a1012dbd9/ .

D. Li, and M. Ihme, “Stability diagram and blow-out mechanisms of turbulent non-premixed combustion,” Proceedings of the Combustion Institute, https://doi.org/10.1016/j.proci.2020.06.225 .

Lucky Anetor, Edward Osakue, and Christopher Odetunde, “Reduced mechanism approach of modeling premixed propane-airmixture using ANSYS fluent,” Engineering Journal, vol. 16, iss. 1, January 2012, https://doi.org/10.4186/ej.2012.16.1.67 . ISSN 0125-8281. (http://www.engj.org).

A. S. Nair, B. Mohan Krishna, and S. Ajith Kumar, “Study of non-Premixed combustion of propane and methane using CFD,” Materials Today: Proceedings, vol. 46, Part 10, 2021, pp. 4593-4597, 2021. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.09.713 .

A. Sumalatha, К. Sudha Rani, and Ch. Jayalakshmi, “Dynamic modeling of Boiler drum using nonlinear system identification approach,” Measurement Sensors, no. 28(9), pp.100845. https://doi.org/10.1016/j.measen.2023.100845 .

Б. Дробенко, С. Будз, І. Кузьо, Ю. Шоловій, і І. Будз, «Вплив накопичуваної пошкоджуваності на експлуатаційний ресурс барабана котлоагрегата теплоелектростанції,» ISTCIPA, вип. 56, c. 19-26 2022. https://doi.org/10.23939/istcipa2022.56.019

С. Будз, і І. Будз, «Оцінка експлуатаційного ресурсу барабана котлоагрегату енергоблоку ТЕС, пошкодженого при його експлуатації,» Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології, вип. 38, с. 5-10, 2023. https://doi.org/10.15407/fmmit2023.38.005 .

Energetik. Steam boilers: boilers series DKVr with a pressure up to 1,3 MPa (gas, liquid, coal) DKVR-4-13, DKVR-6,5-13, DKVR-10-13, DKVR-20-13. [Electronic resource]. Available: https://energetik.ua/en/catalog/parovi_kotly/dkvr-1-3/ Accessed: 11.12.2024 р.

ANSYS FLUENT 14.5 Theory Guide, ANSYS Inc. ANSYS Help, 2012. https://ansyshelp.ansys.com .

М. З. Абдулін, «Розроблення теплофізичних засад технологій спалювання палив з застосуванням струменевонішових систем.» дис. д-ра техн. наук: 05.14.06 «Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика», ІТТФ НАН України. Київ, 2019. 390 с.

V. Peshko, et al., “Comprehensive rotor service life study for high & intermediate pressure cylinders of high power steam turbines,” Propulsion and Power Research. China: National Laboratory for Aeronautics and Astronautics, vol. 5, iss. 4. pp. 302-309, 2016. https://doi.org/10.1016/j.jppr.2016.11.008 .

М. Г. Шульженко, Визначення розрахункового ресурсу та оцінки живучості роторів та корпусних деталей турбіни: СОУ-Н МЕВ 40.1-21677681-52:2011, метод. вказівки. Київ, Україна: ГРІФРЕ, М-во палива та енергетики України, 2011. 27 с.