Numerical modeling of convective steam superheaters

• Autorzy: Trojan M. , Taler D.

Warianty tytułu

PL

Numeryczne modelowanie konwekcyjnych przegrzewaczy pary

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A mathematical model of the steam superheater with ash deposits was developed. The finite volume method was used to solve partial differential equations describing flue gas, tube wall and steam temperature. The calculation results were compared with experimental data. Comparing the computed and measured steam temperature increase over the entire superheater makes it possible to determine the thermal resistance of the deposits layer on the outer surface of the superheater. The developed modeling technique can especially be used for modeling tube heat exchangers when detail information on the tube wall temperature distribution is needed which allows selection of the appropriate steel grade for each superheater stage. The numerical model of the superheater developed in the paper can be used for determining the fouling degree of the superheater in on-line mode and for determining the frequency of soot-blower activations. The problem analyzed is of great economic importance, since most failures of steam boilers are caused by damage of superheaters. Superheater ash fouling is causing the reduction of the boiler efficiency. Taking into account the development of supercritical steam boilers and widely used coal and biomass co-firing, accurate analysis of the heat-flow processes in superheaters will grow in importance.

PL

Opracowano model matematyczny przegrzewacza pary z uwzględnieniem osadów popiołowych na rurach. Do rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych opisujących rozkład temperatury spalin, ścianek rur i pary zastosowana została metoda objętości skończonych. Wyniki obliczeń porównano z danymi eksperymentalnymi. Porównując obliczone i zmierzone przyrosty temperatury pary w całym przegrzewaczu można określić opór cieplny warstwy osadów na zewnętrznej powierzchni przegrzewacza. Opracowana metoda modelowania może być szczególnie przydatna, gdy potrzebna jest znajomość rozkładu temperatury ścianek rur wzdłuż drogi przepływu pary, co umożliwia dobór właściwego gatunku stali na poszczególne biegi przegrzewacza. Model numeryczny przegrzewacza pary może być zastosowany w trybie on-line do oceny jego stopnia zanieczyszczenia popiołem i ewentualnego sterowania częstotliwością uruchamiania zdmuchiwaczy pary. Analizowany problem ma duże znaczenie ekonomiczne, ponieważ większość awarii kotłów parowych jest spowodowanych uszkodzeniami przegrzewaczy. Zanieczyszczenia popiołowe powodują również obniżenie sprawności kotła. W związku z rozwojem kotłów na ciśnienie nadkrytyczne pary oraz szeroko stosowanym współspalaniem węgla i biomasy, dokładna analiza cieplno-przepływowa przegrzewaczy będzie miała coraz większe znaczenie.

Słowa kluczowe

EN

steam boiler; steam superheater; heat transfer; mathematical modeling; slagging

PL

kotły parowe; przegrzewacze pary; wymiana ciepła; modelowanie matematyczne; zanieczyszczenie

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2012
• Tom: Nr 5
• Strony: 125--131
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., rys.

Twórcy

autor

Trojan M.

• Department of Thermal Power Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Cracow University of Technology, Al. Jana Pawła II 37, 31-864 Cracow, Poland

autor

Taler D.

• Institute of Thermal Engineering and Air Protection, Faculty of Environmental Engineering, Cracow University of Technology, ul. Warszawska 24, 31-155 Cracow, Poland

Bibliografia

• [1] Taler J., Trojan M., Taler D.: Monitoring of ash fouling and internal scale deposits in pulverized coal fired boilers, 91-131. Chapter in Advances in Mechanical Engineering Research. Volume 1, Editor: David E. Malach, Nova Science Publishers, Inc., New York 2011, ISBN 978-1-61761-110-0.
• [2] Wojnar W., Pronobis M.: Model cieplno-przepływowy przegrzewacza pary w kotle energetycznym. Rynek Energii 6(79)/2008.
• [3] Taler D.: Dynamika rurowych wymienników ciepła, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, AGH, Kraków 2009, ISBN 0867-6631.
• [4] Kalisz S.: Compensation of efficiency loss in pulverized coal boiler co-firing biomass derived low calorific gases, Rynek Energii 5(96)/2011.