شبیه سازی سه بعدی احتراق یکی از مشعل های بویلر نیروگاه حرارتی شرکت ذوب آهن اصفهان

اخیراً برای تأمین برق مورد نیاز شرکت ذوب آهن اصفهان، یک نیرو گاه 110 مگاواتی در آن احداث و به بهره برداری رسیده است. بعد از مدت کوتاهی از بهره برداری این نیروگاه، مشاهده شد که مشعل های این نیروگاه به شدت دچار سوختگی شده اند. آسیب دیدگی این مشعل ها هزینه تعمیراتی زیادی را به شرکت ذوب آهن تحمیل می کند. هدف از پایان نامه حاضر، پیدا کردن علت این مشکل از طریق شبیه سازی میدان جریان و دما در اطراف یکی از این مشعل ها و ارائه راهکارهایی برای رفع آن می باشد. به این منظور، احتراق گاز طبیعی و هوا در یکی از مشعل های بویلر به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. شبیه سازی با استفاده از نرم افزار تجاری انسیس فلوئنت انجام شده است. برای شبیه سازی ابتدا هندسه مشعل در نرم افزار کتیا مدل سازی شده و سپس با انتقال به پیش پردازنده گمبیت یک شبکه برای آن تولید شده است و پس از مشخص کردن شرایط مرزی، هندسه به نرم افزار انسیس فلوئنت منتقل شده است. پس از انتخاب مدل های مناسب برای جریان، انتقال حرارت و احتراق، معادلات حاکم به روش تکرار حل شده است. در شبیه سازی جریان متلاطم از مدل ?-k rng و برای شبیه سازی احتراق از مدل احتراق غیر پیش آمیخته استفاده شده است. انتقال حرارت تشعشعی با استفاده از مدلp-1 شبیه سازی شده است. به دلیل اهمیت میزان تولید آلاینده های اکسید نیتروژن، بعد از حل میدان جریان و احتراق، معادلات مربوط به آلاینده های اکسید نیتروژن نیز حل شده است. بعد از شبیه سازی کامل احتراق مشخص شد که علت سوختن مشعل ها جدا نشدن شعله از سر مشعل و بالا رفتن دما در سر مشعل می باشد. دمای سر مشعل به حدود k 1600 می رسد که بالاتر از حد مجاز (k 1423) می باشد. در ادامه چندین طرح برای دور کردن شعله از سر مشعل و کاهش دما در نزدیکی سر مشعل مورد بررسی قرار گرفته است. این طرح ها شامل تغییر محل نازل های گاز طبیعی، تغییر شکل هندسی خروجی مشعل و اضافه کردن هوای مرکزی در مشعل می باشد. در پایان یک طرح نهایی که ترکیبی از طرح های مطلوب می باشد، برای رفع مشکل پیشنهاد شده است. در این طرح نهایی، دمای سر مشعل به حدود k 700 می رسد و در نتیجه با اجرای این طرح پیش بینی می شود که مشکل سوختن مشعل برطرف شود.