Modelowanie numeryczne układu rura w rurze wykorzystywanego do chłodzenia rurociągu pary o parametrach ultranadkrytycznych

• Autorzy: Granda Mariusz
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Odpowiedzią przemysłu energetycznego na wzrost ograniczeń emisji zanieczyszczeń do atmosfery jest dążenie do poprawy sprawności obiegu Rankine’a oraz zastosowanie innowacyjnych rozwiązań technologicznych przy produkcji energii elektrycznej. Coraz częściej projektuje się zaawansowane jednostki o parametrach ultra-nadkrytycznych, w których parametry pary przekraczają 30 MPa i 650°C. Wymusza to stosowanie niezwykle drogich stali stopowych, aczkolwiek są też rozwiązania, które pozwalają na redukcję kosztów budowy elementów kotła przy zastosowaniu tańszych materiałów. Jednym z takich rozwiązań jest układ rura w rurze, w którym rurociąg pary świeżej chłodzony jest parą o niższych parametrach. Chłodzenie ścianki rury wewnętrznej umożliwia zastosowanie powłokowej bariery cieplnej (TBCs – Thermal Barrier Coatings). Niniejsza praca przedstawia matematyczny model cieplny powyższego rozwiązania, dzięki któremu możliwe jest określenie parametrów jego pracy w stanie ustalonym oraz nieustalonym.

Słowa kluczowe

PL

TBCs; MES; ultranadkrytyczny; stan nieustalony

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Zeszyty Energetyczne
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 7
• Strony: 335--353
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Granda Mariusz

• Politechnika Krakowska, Katedra Procesów Cieplnych, Ochrony Powietrza i Utylizacji Odpadów

Bibliografia

• [1] Stultz S.C., Kitto J.B., Steam its generation and use. 41st edition, The Babcook & Wilcox Company, Akron, Ohio, 2005.
• [2] Zhang D., Ultra-supercritical coal power plants materials, technologies and optimisation, Woodhead Publishing Series in Energy: No. 41, 2013.
• [3] Zhang D., Introduction to advanced and ultra-supercritical fossil fuel power plants, Woodhead Publishing Limited, 2013.
• [4] Pawlik M., F. Strzelczyk F., Elektrownie, Wydawnictwo WNT, Warszawa 2014.
• [5] Gianfrancesco A., Materials for ultra-supercritical and advanced ultra-supercritical power plants, Woodhead Publishing Series in Energy 104, 2017.
• [6] Hernas A., Materiały do budowy kotłów na parametry nadkrytyczne, Nowa Energia 2013, 5-6, 34-37.
• [7] Zhong Z.H., Gu Y.F., Yuan Y., Shi Z., A new wrought Ni-Fe-base superalloy for advanced ultra-supercritical power plant applications beyond 700°C, Materials Letters 2013, 109, 38-41. DOI: 10.1016/j.matlet.2013.07.060.
• [8] Jamrozik P., Sozańska M., Pasternak J., Właściwości mechaniczne złączy spawanych ze stali Sanicro 25 oraz stopu HR6W, Przegląd Spawalnictwa 2013, 10, 39-45. DOI: https://doi.org/10.26628/wtr.v85i10.188.
• [9] Moskal G., Przewodnictwo cieplne powłokowych barier cieplnych na bazie cyrkonianów ziem rzadkich, Inżynieria Materiałowa 2014, 1(197), 6-12.
• [10] Padture N. P., Gell M., Jordan E.H., Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications, Material Science 2002, 296, 5566, 280-284. DOI: 10.1126/science.1068609.
• [11] Parker D.W., Thermal barrier coatings for gas turbines, automotive engines and diesel equipment, Materials & Design 1992, 13(6), 345-351. DOI: 10.1016/0261-3069(92)90005-3.
• [12] Hüttel T., Investigation of the high temperature performance of thermal barrier coating systems for steam turbine applications, 2010.
• [13] Guo X., Sun W., Becker A., Morris A., Pavier M., Flewitt P., Tierney M., Wales C., Thermal and stress analyses of a novel coated steam dual pipe system for use in advanced ultra-supercritical power plant, International Journal of Pressure Vessels and Piping 2019, 176, 103903. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2019.103933.
• [14] Sosnowy P., Góral M., Dudek S., Drajewicz M., Gancarczyk T., Mikrostruktura powłokowych barier cieplnych natryskiwanych metodą APS z zastosowaniem nowych proszków ceramicznych, Przegląd Spawalnictwa 2012, 8, 23-27.
• [15] Schlichting K.W., Padture N.P., Klemens P.G., Thermal conductivity of dense and porous yttria-stabilized zirconia, Journal of Materials Science 2001, 36, 3003-3010.
• [16] Ravlchandran K.S., An K., Dutton R.E., Semlatin S.L., Microstructure and thermal conductivity of layered thermal barrier coatings processed by plasma spray and physical vapor deposition techniques, Cambridge University Press, 2011.
• [17] Radovic M., Lara-Curzio E., Trejo R., Wang H., Porter W.D., Thermo-physical properties of Ni-YSZ as a function of temperature and porosity, Ceramic Engineering and Science Proceedings 2006, 27(4), 79-85.
• [18] Granda M., Trojan M., Taler D., CFD analysis of steam superheater operation in steady and transient state, Energy 2020, 199, 117423. DOI: 10.1016/j.energy.2020.117423.
• [19] Liu J.H., Liu Y.B., He X., Liu L., Study on TBCs insulation characteristics of a turbine blade under serving conditions, Case Studies in Thermal Engineering 2016, 8, 250-259. DOI: 10.1016/j.csite.2016.08.004.
• [20] Li B., Fan X., Li D., Jiang P., Design of thermal barrier coatings thickness for gas turbine blade based on finit0e element analysis, Mathematical Problems in Engineering 2017, 2147830, 1-13. DOI: 10.1155/2017/2147830.
• [21] An K.J., Assessment of the thermal conductivity of yttria-stabilized zirconia coating, Materials Transactions 2014, 55(1), 188-193. DOI: 10.2320/matertrans. M2013172.
• [22] Granda M., Steady state CFD analysis of heat transfer coefficient in pressurized pipes of superheater of OP210M steam boiler, Matec Web of Conferences 2018, 240, 05008. DOI: 10.1051/matecconf/201824005008.
• [23] Taler J., Duda P., Solving direct and inverse heat conduction problems, Springer, 2006. DOI: 10.1007/978-3-540-33471-2.
• [24] Kaczmarski K., Numerical model of steam pipeline with thermal insulation, International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow 2019, 30(5), 2237-2253. DOI: 10.1108/HFF-11-2018-0696.
• [25] Taler D., Kaczmarski K., Mathematical modelling of the transient response of pipeline, Journal of Thermal Science 2016, 25(6), 549-557. DOI: 10.1007/s11630-016-0897-0.
• [26] Trojan M., Granda M., Modeling of the boiler economizer, Matec Web of Conferences 2018, 240, 050034. DOI: 10.1051/matecconf/201824005034.
• [27] Taler D., Numerical modelling and experimental testing of heat exchangers, Springer, Cham, Switzerland 2019.
• [28] Hewitt G.F., Shires G.L., Bott T.R., Process heat transfer, CRC Press, 1993.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).