شبیه سازی عددی و بررسی عملکرد بویلرهای صنعتی نیروگاه

در دهه¬های گذشته با توجه به نیازهای اقتصادی و محیط زیستی مهندسین ناچار به بهبود بازدهی سیستم¬های تولید توان بوده¬اند. شبیه¬سازی به کمک کامپیوتر یکی از بهترین ابزارها برای دستیابی به بهینه¬ترین راهکارها می¬باشد. بویلرها یکی از معمول¬ترین تجهیزات صنعتی است که با سوزاندن سوخت و تولید بخار به تولید برق کمک می¬¬کند. یکی از مشکلاتی که هنگام راه¬اندازی بویلرها بوجود می¬آید احتراق ناقص در بویلر است که سبب می¬شود مقدار قابل توجهی سوخت سوخته نشده از بویلر خارج شود. در این صورت بازده بویلر به شدت پایین آمده و آلودگی محیط زیستی را در پی خواهد داشت. احتراق ناقص سبب سبب تولید هیدروکربن¬های سوخته نشده، انتقال حرارت غیر یکنواخت و ایجاد نقاط داغ (hot spot) و تولید co و nox می¬شود. یکی دیگر از مشکلات بویلر شکستن لوله¬های درونی بویلر (superheater tubes) به سبب حرارت بیش از اندازه است که سبب از کار افتادن بویلر می¬شود. اگر بخار از حالت اشباع خارج شود و به بخار مافوق گرم تبدیل گردد سبب وارد شدن آسیب جدی به بویلر می¬گردد. از این رو با اضافه کردن مواد خاص و طراحی مناسب لوله¬های درونی بویلر سرعت و دمای بخار را در بویلر کنترل می¬کنند.دینامیک سیالات محاسباتی سرعت، فشار و دمای سیال درون ناحیه محاسباتی که هندسه پیچیده و شرایط مرزی مختلفی را دارد تحلیل می¬کند. در حین تحلیل هندسه سیستم یا شرایط مرزی نظیر سرعت و دبی ورودی به راحتی قابل تغییر هستند تا بتوان اثرات آنرا بر روی الگوی جریان و انتقال حرارت یا توزیع گونه¬های شیمیایی مورد بررسی قرار داد. همچنین با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی می¬توان به مطالعه پارامتریک یک بویلر به منظور یافتن بهترین شرایط کارکردی پرداخت و از انجام آزمایشات ضروری که پر هزینه و زمان¬یر است اجتناب کرد.در این پایان¬نامه با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی به روش حجم محدود رژیم جریان مغشوش، پایدار و سه¬بعدی در یک بویلر صنعتی مکعبی شکل به همراه دودکش آن به منظور درک بهتر نحوه عملکرد بویلر و پارامترهای موثر مورد مطالعه قرار گرفته است. فرآیند احتراق با حل معادلات انتقال برای هر کدام از گونه¬های شیمیایی شبیه¬سازی شده است. نتایج نشان داد فشار استاتیکی در نزدیکی محل مشعل به دلیل وقوع احتراق دارای حداکثر مقدار خود می¬باشد. همچنین هنگامی که محصولات از مشعل وارد بویلر می¬شوند دارای دمای محیط بوده و سپس ناگهان با ایجاد شعله دمای آنها به مقداری در حدود 2200 کلوین می¬رسد. در محفظه احتراق میانی دمای سیال بسیار بالاست و در هنگام عبور از روی لوله¬ها حرارت خود را از دست می¬دهند.