1 Описание объекта исследования

Объектом исследования является паровой котёл с естественной циркуляцией паропроизводительностью 260 тонн пара в час, предназначенный для производства перегретого пара давлением 14 Мпа и температурой 545 ºС. Данный котёл использует в качестве проектного топлива тощий уголь кузнецкого бассейна.

Непосредственным объектом численного моделирования является топочная камера рассматриваемого котла, геометрия которой представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Основные геометрические характеристики топочной камеры

Топочная камера котла оснащена шестью вихревыми лопаточно-лопаточные горелками. Тепловая мощность каждой горелки 35 МВт. Распложены они на боковых стенах котла по схеме треугольника с вершиной вниз. Диаметр амбразур составляет 950 мм. Изображение продольного сечения горелки изображено на рисунке 2.

Рисунок 2 – Вихревая лопаточно-лопаточная пылеугольная горелка

Диаметры каналов горелки приведены в таблице 1

Таблица 1 – Диаметры каналов горелки

Наименование канала	Значение диаметра, мм
Da	950
d2	650
d1	450
d0	257

Основные характеристики рассматриваемого котлоагрегата представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Основные характеристики котла Е-260-14.0-545

№ п/п	Наименование показателя	Единица измерения	Величина
1	Номинальные параметры
1.1	Номинальная производительность	т/ч	260
1.2	Давление в барабане	МПа	15.7
1.3	Давление перегретого пара	МПа	14
1.4	Температура перегретого пара		545
1.5	Температура питательной воды		230
1.6	Температура насыщения		345.785
2	Конструктивные характеристики
2.1	Объем топочной камеры	м3	1329
2.2	Лучевоспринимающая поверхность экранов топки	м2	793
3	Расчётные характеристики
3.1	Расход топлива, подаваемого в топку, B	кг/с	7.924
3.2	Расчётный расход топлива, Bр	кг/с	7.607
3.3	Теоретический объём воздуха для полного сгорания угля,	м3/кг	6.908
3.4	Коэффициент избытка воздуха, α	-	1.2

2 Представление и расчёт начальных и граничных условий

2.1 Определение суммарного массового расхода воздуха

m_в = α · · B · ρ_в = 1.2 · 6.908 · 2.924 · 1.29 = 84.7359 кг/с,

где ρ_в=1.29 кг/м³ – плотность воздуха.

2.2 Определение массового расхода воздуха на одну горелку

m_{в гор} = m_в/n = 84.7359/6 = 14.1227 кг/с,

где n=6 – количество горелок.

2.3 Определение массовой доли кислорода в поступающем воздухе

Объёмная доля кислорода в воздухе составляет 21 %, азота и прочих газов – 79 %. Однако особенности программного обеспечения требуют задания массовых долей веществ. Для произведения пересчёта из объёмных долей в массовые, необходимо знать плотности веществ, входящих в смесь.

Таким образом приближённые массовые доли кислорода и азота составляют соответственно 23 % и 77 %, поскольку плотность кислорода ρ_O2=1.47 кг/м³ больше плотности азота ρ_N2=1.25 кг/м³.

2.4 Распределение воздуха по каналам горелок

В соответствии с конструкцией используемых горелок, воздух поступает через четыре отдельных канала, причём в одном из каналов подаётся первичный воздух, смешанный с пылевидным топливом.

2.4.1 Определение расхода первичного воздуха

На первичный воздух приходится 20 % от общего количества поступающего воздуха. Таким образом его количество на одну горелку определяется по формуле

m_{в гор. перв.} = m_{в гор}·0.2 = 14.1227·0.2 = 2.8245 кг/с.

2.4.2 Определение расхода воздуха через центральный канал

m_{в гор. центр.} = 0.8·0.1·m_{в гор} = 0.8·0.1·14.1227 = 1.1298 кг/с.

2.4.3 Определение расхода воздуха через каналы вторичного воздуха

m_{в гор. втор.1} = 0.8·0.25·m_{в гор} = 0.8·0.25·14.1227 = 3.3895 кг/с.

m_{в гор. втор.2} = 0.8·0.45·m_{в гор} = 0.8·0.45·14.1227 = 6.7789 кг/с.

2.5 Определение расхода топлива через одну горелку

b _гор = B_р/n = 7.607/6 = 1.268 кг/с,

где n=6 – количество горелок.