CFD Simulation of the Influence of the Type of Gas Distribution in the Burners on Thermal Aerodynamic Processes in the DKVR 10-13 Boiler
Topics related to fuel combustion and its impact on the environment will never lose their relevance, as the issues of efficient combustion and emission reduction are key in power generation and environmental protection. The countries of the European Union are massively abandoning the use of natural...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2025
|
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/313028 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Institution
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-313028 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-03-12T15:06:02Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Черноусенко, О. Ю. Рачинський, А. Ю. Баранюк, О. В. Сірий, О. А. |
| spellingShingle |
Черноусенко, О. Ю. Рачинський, А. Ю. Баранюк, О. В. Сірий, О. А. CFD Simulation of the Influence of the Type of Gas Distribution in the Burners on Thermal Aerodynamic Processes in the DKVR 10-13 Boiler |
| author_facet |
Черноусенко, О. Ю. Рачинський, А. Ю. Баранюк, О. В. Сірий, О. А. |
| author_sort |
Черноусенко, О. Ю. |
| title |
CFD Simulation of the Influence of the Type of Gas Distribution in the Burners on Thermal Aerodynamic Processes in the DKVR 10-13 Boiler |
| title_short |
CFD Simulation of the Influence of the Type of Gas Distribution in the Burners on Thermal Aerodynamic Processes in the DKVR 10-13 Boiler |
| title_full |
CFD Simulation of the Influence of the Type of Gas Distribution in the Burners on Thermal Aerodynamic Processes in the DKVR 10-13 Boiler |
| title_fullStr |
CFD Simulation of the Influence of the Type of Gas Distribution in the Burners on Thermal Aerodynamic Processes in the DKVR 10-13 Boiler |
| title_full_unstemmed |
CFD Simulation of the Influence of the Type of Gas Distribution in the Burners on Thermal Aerodynamic Processes in the DKVR 10-13 Boiler |
| title_sort |
cfd simulation of the influence of the type of gas distribution in the burners on thermal aerodynamic processes in the dkvr 10-13 boiler |
| title_alt |
CFD-моделювання впливу типу газороздачі в пальниках на теплоаеродинамічні процеси в котлі ДКВР 10-13 CFD-моделювання впливу типу газороздачі в пальниках на теплоаеродинамічні процеси в котлі ДКВР 10-13 |
| description |
Topics related to fuel combustion and its impact on the environment will never lose their relevance, as the issues of efficient combustion and emission reduction are key in power generation and environmental protection. The countries of the European Union are massively abandoning the use of natural gas as a fuel for thermal power stations. However, in Asian countries, the ease of using natural gas as the main fuel and its environmental friendliness compared to coal made it possible to widely use natural gas in industry and energy sector. Comparing natural gas with alternative combustible gases (generator, blast furnace, mine, biogas), the main conclusion that it has the most attractive characteristics for its use in industry, including energy facilities, can be drawn. Therefore, it is impossible to replace it with alternative fuels in the chemical, heavy industry and energy sector in the near future. The paper is devoted to CFD modeling of stabilized combustion without premixing in a burner with low swirl for two operating modes of the boiler unit - nominal one and at 60% capacity. The study was carried out using numerical methods with the ANSYS-Fluent application program package. The object of the study is a burner built according to the technology based on the use of jet-niche systems with gas distribution of fuel by circular jets fed perpendicularly into the flow of the oxidizer through a single-row system of holes. Hydrodynamics and heat exchange processes were chosen as the subject of research, based on the analysis of which a model of NOx generation in jet-niche systems was obtained. The authors of the paper believe that replacing the regular burners of the DKVR-10-13 water heating boiler with a jet-niche ones can contribute to better mixing of fuel and air and ensure more complete combustion. In this paper, two types of burners are considered. In one of the burners, fuel is supplied through rectangular slits, in the other – through round holes arranged in a row. Air is supplied to both burners through rectangular slits. It was determined that gas distribution through round holes increases the spraying of the mixture and increases the area of combustion products spraying. Visualization of the distribution of pressure, temperature, kinetic energy profiles of turbulent pulsations and vorticity was carried out. The obtained results indicate that there are no changes in the flow regime, flame displacement or its instability. It was determined that both the axial velocity and the tangential velocity of the flow affect the distribution of combustion products and harmful impurities such as NOx. Gas distribution in circular jets stabilizes combustion and reduces flame expansion. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/313028 |
| work_keys_str_mv |
AT černousenkooû cfdsimulationoftheinfluenceofthetypeofgasdistributionintheburnersonthermalaerodynamicprocessesinthedkvr1013boiler AT račinsʹkijaû cfdsimulationoftheinfluenceofthetypeofgasdistributionintheburnersonthermalaerodynamicprocessesinthedkvr1013boiler AT baranûkov cfdsimulationoftheinfluenceofthetypeofgasdistributionintheburnersonthermalaerodynamicprocessesinthedkvr1013boiler AT sírijoa cfdsimulationoftheinfluenceofthetypeofgasdistributionintheburnersonthermalaerodynamicprocessesinthedkvr1013boiler AT černousenkooû cfdmodelûvannâvplivutipugazorozdačívpalʹnikahnateploaerodinamíčníprocesivkotlídkvr1013 AT račinsʹkijaû cfdmodelûvannâvplivutipugazorozdačívpalʹnikahnateploaerodinamíčníprocesivkotlídkvr1013 AT baranûkov cfdmodelûvannâvplivutipugazorozdačívpalʹnikahnateploaerodinamíčníprocesivkotlídkvr1013 AT sírijoa cfdmodelûvannâvplivutipugazorozdačívpalʹnikahnateploaerodinamíčníprocesivkotlídkvr1013 |
| first_indexed |
2025-07-17T12:03:07Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:03:07Z |
| _version_ |
1850411872920010752 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-3130282025-03-12T15:06:02Z CFD Simulation of the Influence of the Type of Gas Distribution in the Burners on Thermal Aerodynamic Processes in the DKVR 10-13 Boiler CFD-моделювання впливу типу газороздачі в пальниках на теплоаеродинамічні процеси в котлі ДКВР 10-13 CFD-моделювання впливу типу газороздачі в пальниках на теплоаеродинамічні процеси в котлі ДКВР 10-13 Черноусенко, О. Ю. Рачинський, А. Ю. Баранюк, О. В. Сірий, О. А. Topics related to fuel combustion and its impact on the environment will never lose their relevance, as the issues of efficient combustion and emission reduction are key in power generation and environmental protection. The countries of the European Union are massively abandoning the use of natural gas as a fuel for thermal power stations. However, in Asian countries, the ease of using natural gas as the main fuel and its environmental friendliness compared to coal made it possible to widely use natural gas in industry and energy sector. Comparing natural gas with alternative combustible gases (generator, blast furnace, mine, biogas), the main conclusion that it has the most attractive characteristics for its use in industry, including energy facilities, can be drawn. Therefore, it is impossible to replace it with alternative fuels in the chemical, heavy industry and energy sector in the near future. The paper is devoted to CFD modeling of stabilized combustion without premixing in a burner with low swirl for two operating modes of the boiler unit - nominal one and at 60% capacity. The study was carried out using numerical methods with the ANSYS-Fluent application program package. The object of the study is a burner built according to the technology based on the use of jet-niche systems with gas distribution of fuel by circular jets fed perpendicularly into the flow of the oxidizer through a single-row system of holes. Hydrodynamics and heat exchange processes were chosen as the subject of research, based on the analysis of which a model of NOx generation in jet-niche systems was obtained. The authors of the paper believe that replacing the regular burners of the DKVR-10-13 water heating boiler with a jet-niche ones can contribute to better mixing of fuel and air and ensure more complete combustion. In this paper, two types of burners are considered. In one of the burners, fuel is supplied through rectangular slits, in the other – through round holes arranged in a row. Air is supplied to both burners through rectangular slits. It was determined that gas distribution through round holes increases the spraying of the mixture and increases the area of combustion products spraying. Visualization of the distribution of pressure, temperature, kinetic energy profiles of turbulent pulsations and vorticity was carried out. The obtained results indicate that there are no changes in the flow regime, flame displacement or its instability. It was determined that both the axial velocity and the tangential velocity of the flow affect the distribution of combustion products and harmful impurities such as NOx. Gas distribution in circular jets stabilizes combustion and reduces flame expansion. Теми, пов’язані зі згорянням палива та його впливом на навколишнє середовище, ніколи не втратять своєї актуальності, оскільки питання ефективного згоряння й зменшення викидів є ключовими у виробництві електроенергії й охороні навколишнього середовища. Країни Європейського Союзу масово відмовляються від використання природного газу як палива для ТЕС. Проте в країнах Азії простота використання в промисловості природного газу як основного палива, його екологічність порівняно із вугіллям дали змогу ширше застосовувати природний газ у промисловості й енергетиці. Порівнюючи природний газ з альтернативними горючими газами (генераторним, доменним, шахтним, біогазом), можна зробити головний висновок про те, що він має найпривабливіші характеристики для використання в промисловості, зокрема і в енергетиці. Отже, у найближчий час заміна його на альтернативні палива в хімічній, важкій промисловості й енергетиці неможлива. Представлена робота присвячена CFD-моделюванню стабілізованого горіння без попереднього змішування в пальнику з низьким завихренням для двох режимів роботи котельного агрегату – номінального і на 60% потужності. Дослідження виконувалося за допомогою чисельних методів при використанні пакета прикладних програм Ansys-Fluent. Об’єкт дослідження – пальник, побудований за технологією, основаною на використанні струменево-нішевих систем із газорозподілом палива круглими струменями, що подаються перпендикулярно в потік окислювача через однорядну систему отворів. Предметом дослідження обрано процеси гідродинаміки і теплообміну, на підставі результатів аналізу яких отримана модель генерації NОx в струменево-нішевих системах. Автори роботи вважають, що заміна штатних пальників водогрійного котла типу ДКВР-10-13 на струменево-нішеві може сприяти кращому змішуванню палива й повітря, а також забезпечити більш повне згоряння. У даній роботі розглянуто два типи пальників. В одному з пальників паливо подається крізь прямокутні щілини, в іншому – через розташовані в ряд круглі отвори. Повітря в обидва пальники подається через прямокутні щілини. Визначено, що газороздача крізь круглі отвори посилює розпилення суміші і збільшує зону розпилення продуктів згоряння. Проведена візуалізація розподілу середньої швидкості, температури, шкідливих домішок типу NOx і компонентів реакції. Отримані результати свідчать, що зміна режиму течії, зміщення полум’я або його нестабільності відсутні. Встановлено, що на поширення продуктів згоряння і шкідливих домішок типу NOx впливають як осьова, так і тангенціальна швидкість потоку. Газороздача круглими струменями стабілізує горіння і зменшує розширення полум’я. Теми, пов’язані зі згорянням палива та його впливом на навколишнє середовище, ніколи не втратять своєї актуальності, оскільки питання ефективного згоряння й зменшення викидів є ключовими у виробництві електроенергії й охороні навколишнього середовища. Країни Європейського Союзу масово відмовляються від використання природного газу як палива для ТЕС. Проте в країнах Азії простота використання в промисловості природного газу як основного палива, його екологічність порівняно із вугіллям дали змогу ширше застосовувати природний газ у промисловості й енергетиці. Порівнюючи природний газ з альтернативними горючими газами (генераторним, доменним, шахтним, біогазом), можна зробити головний висновок про те, що він має найпривабливіші характеристики для використання в промисловості, зокрема і в енергетиці. Отже, у найближчий час заміна його на альтернативні палива в хімічній, важкій промисловості й енергетиці неможлива. Представлена робота присвячена CFD-моделюванню стабілізованого горіння без попереднього змішування в пальнику з низьким завихренням для двох режимів роботи котельного агрегату – номінального і на 60% потужності. Дослідження виконувалося за допомогою чисельних методів при використанні пакета прикладних програм Ansys-Fluent. Об’єкт дослідження – пальник, побудований за технологією, основаною на використанні струменево-нішевих систем із газорозподілом палива круглими струменями, що подаються перпендикулярно в потік окислювача через однорядну систему отворів. Предметом дослідження обрано процеси гідродинаміки і теплообміну, на підставі результатів аналізу яких отримана модель генерації NОx в струменево-нішевих системах. Автори роботи вважають, що заміна штатних пальників водогрійного котла типу ДКВР-10-13 на струменево-нішеві може сприяти кращому змішуванню палива й повітря, а також забезпечити більш повне згоряння. У даній роботі розглянуто два типи пальників. В одному з пальників паливо подається крізь прямокутні щілини, в іншому – через розташовані в ряд круглі отвори. Повітря в обидва пальники подається через прямокутні щілини. Визначено, що газороздача крізь круглі отвори посилює розпилення суміші і збільшує зону розпилення продуктів згоряння. Проведена візуалізація розподілу середньої швидкості, температури, шкідливих домішок типу NOx і компонентів реакції. Отримані результати свідчать, що зміна режиму течії, зміщення полум’я або його нестабільності відсутні. Встановлено, що на поширення продуктів згоряння і шкідливих домішок типу NOx впливають як осьова, так і тангенціальна швидкість потоку. Газороздача круглими струменями стабілізує горіння і зменшує розширення полум’я. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2025-03-12 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/313028 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 27 No. 3 (2024); 16-24 Проблемы машиностроения; Том 27 № 3 (2024); 16-24 Проблеми машинобудування; Том 27 № 3 (2024); 16-24 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/313028/304066 https://journals.uran.ua/jme/article/view/313028/304067 Copyright (c) 2024 О. Ю. Черноусенко, А. Ю. Рачинський, О. В. Баранюк, О. А. Сірий http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |