عنوان پایان‌نامه
مدلسازی سوپر هیتر ها در بویلر های ذغال سوز با در نضر گرفتن لایه رسوب به منظور تعیین میزان آب اسپری
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2700;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64279
- تاریخ دفاع
- ۲۸ اردیبهشت ۱۳۹۳
- دانشجو
- ندا درستکار
- استاد راهنما
- حسین شکوهمند
- چکیده
- سوپرهیتر ها یکی از مهم ترین تجهیزات بویلر های بخار می باشند که برای تبدیل بخار اشباع به بخار ما فوق گرم مورد استفاده قرار می گیرند. سوپرهیترها یک جز بسیار مفید سیکل بخار می باشند چرا که بخار ما فوق گرم انرژی گرمایی زیادی دارد و راندمان کلی سیکل را افزایش می دهد. اما دیواره های آبی و لوله های سوپرهیتر پیوسته در معرض رسوب گرفتگی قرار دارند. هنگامی که دیواره های آبی کوره تحت رسوب گرفتگی قرار می گیرند، دمای گازهای احتراقی در خروجی کوره افزایش می یابد و سوپرهیترها گرمای بیشتری می گیرند. اما هنگامی که لوله های سوپرهیتر دچار رسوب گرفتگی میشوند گرمای انتقال یافته از گازهای احتراقی به بخار ما فوق گرم کاهش می یابد. به منظور ثابت نگه داشتن دمای بخار ما فوق گرم در خروجی سوپرهیتر دبی آب تزریق شده می بایست تغییر کند. بنابراین، مطالعه سوپرهیترها با در نظر گرفتن لایه رسوب در داخل لوله ها و روی آنها و تأثیر آنها بر دمای بخار ما فوق گرم خروجی و مقدار آب پاششی به داخل بخار ما فوق گرم خروجی اهمیت ویژه ای دارد. در این مطالعه، ابتدا یک مدل سه بعدی از سوپرهیتر اولیه نیروگاه سهند با ظرفیت تولید بخار 1197 تن بر ساعت در نرم افزار Design Modeler از زیرمجموعه Ansys تولید گشته و سپس توسط نرم افزار Ansys Meshing شبکه بندی میشود. مش به دست آمده در محیط نرم افزاری Ansys CFX شبیه سازی گشته و مدل استاندارد k-? به عنوان مدل آشفته برای جریان به کار برده میشود. همچنین به منظور حل معادله انتقال تشعشع برای گازهای احتراقی مدل تشعشعی پی-1 به کار برده میشود. با مقایسه میانگین دمای بخار ما فوق گرم محاسبه شده در خروجی از سوپرهیتر با اطلاعات واقعی صحت این شبیه سازی تأیید می گردد. سپس با در نظر گرفتن یک لایه رسوب با جنس ثابت و ضخامت های مختلف اثر ضخامت رسوب داخلی بر دمای بخار ما فوق گرم خروجی از سوپرهیتر و مقدار آب پاششی بررسی می¬شود. همچنین با فرض این که سوپرهیتری با همین شرایط در یک نیروگاه ذغال سوز موجود باشد، لایه رسوبی با ضخامت ثابت و ضرایب هدایت حرارتی [1] متفاوت روی سطح خارجی لوله های سوپرهیتر قرار می دهیم و اثر این پارامتر را بر دمای بخار ما فوق گرم خروجی از سوپرهیتر و مقدار آب پاششی مورد بررسی قرار می دهیم. در پایان بهینه سازی دوهدفه با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام می شود. در این بهینه سازی دما و فشار آب پاششی به عنوان متغیرهای تصمیم گیری و کاهش میزان آب پاششی و افزایش ضریب کارایی سوپرهیتر به عنوان توابع هدف در نظر گرفته می شوند. سرانجام نتایج بهینه سازی مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرند.
- Abstract
- Super heaters are one of the most importance accessories of steam boilers that are used to convert saturated steam into superheated steam. Super heaters are a very beneficial part of the steam cycle, because superheated steam contains more thermal energy and increases the overall efficiency of the cycle. But the water walls and super heaters tubes are constantly exposed to fouling. When the water walls of the furnace chamber undergo slagging up, then the combustion gases temperature at the furnace chamber outlet increases, and the super heaters take more heat. But when the pipes of super heater undergo fouling, then heat transferred from flue gases to superheated steam decreases. In order to maintain the same temperature of the superheated steam at the outlet of super heater, the flow of injected water must be changed. Therefore, study of the super heaters by consideration of the covered scale layer inside pipes and sediment layer on it and its effect on the output superheated steam temperature and the amount of injected water into the output superheated steam has a special importance. In this study, At first, a three dimensional model of the primary Super heater of sahand power plant by capacity of 1197 ton/hr is created by Design Modeler software from Ansys and it is meshed by Ansys Meshing . Obtained mesh is modeled in Ansys CFX and the standard version of the k-? model is employed as a turbulence model in the modeling. Also, in order to solve the RTE for flue gases the P-1 radiation model is employed. By comparing the calculated average output superheated steam temperature with experimental data, the accuracy of this simulation is valid. Then, taking into account the deposited layer with fixed material and different thickness, the effect of internal sediment thickness on outlet superheated steam temperature and amount of Spray water is assessed. Also by considering that the same super heater exists in a coal fired power plant, sedimentary layer with constant thickness and different thermal conductivity is placed on Super heaters pipes and the effect of this parameter on outlet superheated steam temperature and amount of Spray water will be assessed. At the end, the two-objective optimization is done by Genetic Algorithms. The pressure and temperature of the injected water is considered for the design variable of this optimization. Amount reduction of water spray and increasing of the super heaters efficiency coefficient are considered as objective functions. Finally, the optimization results are analyzed. Keywords Super heater; CFX; Heat transfer; Fouling; Spray water; Optimization; Genetic algorithm.
