Uproszczony model dynamiki przegrzewaczy pary oraz jego weryfikacja

• Autorzy: Zima W.

Warianty tytułu

EN

Simplified model of boiler steam superheater and its verification

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaproponowano model matematyczny pozwalający na symulację nieustalonych procesów zachodzących w przegrzewaczach pary. Jest to model jednowymiarowy, o parametrach rozłożonych, oparty jedynie na równaniu bilansu energii. Pominięte zostały równania opisujące zasady zachowania masy i pędu. Po stronie ścianki rozwiązano równanie nieustalonego przewodzenia ciepła. W celu uzyskania większej dokładności obliczeń, ścianka ta podzielona została na dwie objętości kontrolne, co pozwala na obliczanie temperatury na obu jej powierzchniach. Wszystkie własności termofizyczne pary, spalin oraz materiału przegrody obliczane są na bieżąco. Również na bieżąco obliczane są czasowo-przestrzenne rozkłady współczynników wnikania ciepła z uwzględnieniem rzeczywistych podziałek rur i poprzecznego przepływu spalin. Proponowany model charakteryzuje się również tym, że warunki brzegowe mogą być zależne od czasu. W celu oszacowania dokładności wyników uzyskiwanych za pomocą prezentowanej metody przeprowadzono weryfikację obliczeniową oraz eksperymentalną. Weryfikacja eksperymentalna polegała na wyznaczeniu przebiegu temperatury pary przegrzanej na wylocie z przegrzewacza grodziowego kotła OP-210 M i jego porównaniu z przebiegiem zmierzonym. Pomiary przeprowadzano podczas rozruchu kotła. Z przedstawionego porównania wynika w pełni zadowalająca dokładność odtworzenia przebiegu zmierzonego.

EN

The paper presents a one-dimensional mathematical model for simulating the transient processes which occur in boiler steam superheaters. The proposed model is based on solving equation describing the energy conservation and is simplified because the mass and momentum balance equations are omitted. The suggested method considers the superheater model as one with distributed parameters. The temperature of the separating wall is determined from the equation of transient heat conduction. In order to obtain a grater accuracy of the results, the wall was divided into two control volumes. This division allows for computation of the temperature on both surfaces of the separating wall. The space-time heat transfer coefficients at the sides of steam and combustion gases are computed on-line considering actual tube pitches and cross-flow of combustion gases. All the thermo-physical properties of the working media and the material of the separating walls are also computed in real time. In the proposed model the boundary conditions could be time-dependent. In order to verify the proposed method, a computational verification is carried out. A comparison of numerical calculation results and measurements, taken on the platen superheater of a steam boiler type OP-210 M with 210-103 kg/h capacity, is also presented. The superheater operation is analysed in transient state during start-up of the boiler. Comparing the results of the steam temperature measurement at the superheater outlet with numerical computation, a satisfactory convergence is found.

Słowa kluczowe

PL

podgrzewacz pary; kocioł parowy; kocioł OP-210

EN

steam superheaters; steam boiler; OP-210 boiler

• Wydawca: Wydawnictwo Instytutu Maszyn Przepływowych PAN ; Komitet Problemów Energetyki Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Archiwum Energetyki
• Rocznik: 2007
• Tom: T. 37, nr 1-2
• Strony: 109--126
• Opis fizyczny: bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Zima W.

• Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Krakowskiej al. Jana Pawła II 37 tel. [phone],

Bibliografia

• Krzyżanowski J.A.: Głuch J.: Diagnostyka cieplno-przepływ owa obiektów energetycznych, Wydawnictwo IMP PAN, Gdańsk 2004.
• Dechamps P. J.: Modelling the transient behaviour of heat recovery steam generators, Proc. of the Institution of Mechanical Engineers. Part A: Journal of Power and Energy, vol. 209, 1995, 265-273.
• Hausen H.: Warmeubertragung im Gegenstrom, Gleichstrom und Kreuzstrom, 2. Aufl. Springer Verlag, 1976.
• Enns M.: Comparison of dynamic models of a superheater, Transactions of the ASME. J. of Heat Transfer, 1962, 375-385.
• Strzelczyk F.: Nieliniowy cyfrowy model matematyczny przegrzewacza pary, Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej, seria Elektryka, z. 53, Łódź 1976, 17-28.
• Strzelczyk F.: Uogólniony matematyczny model przegrzewacza pary, Archiwum Energetyki, nr 1, 1981, 55-75.
• Lu S.: Dynamie modelling and simulation of power plant systems, Proc. of the Institution of Mechanical Engineers. Part A: J. of Power and Energy, Vol. 213, 1999, 7-22.
• Chakraborty N., Chakraborty S.: A generalized object-oriented computational method for simulation of power and process cycles, Proc. of the Inst, of Mechanical Engs., Part A: J. of Power and Energy, Vol. 216, 2002, 155-159.
• Mohan M., Gandhi O. P., Agrawal V. P.: Systems modelling of a coal-based steam power plant, Proc. of the Inst, of Mechanical Engs., Part A: Journal of Power and Energy, Vol. 217, 2003, 259-277.
• Zima W.: Numerical modelling of dynamics of steam superheaters, Energy, Vol 26, 2001, 1175-M184.
• Zima W.: Symulacja nieustalonych procesów zachodzących w przegrzewaczach pary kotłów energetycznych, Monografia nr 311, seria Mechanika, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2004.
• Zima W.: Mathematical model of transient processes in steam superheaters, Forschung im Ingenieurwesen, Springer Verlag 2003, Vol. 68, 51-59.
• Zima W.: Eksperymentalna weryfikacja modelu dynamiki konwekcyjnych powierzchni ogrzewalnych kotłów, Archiwum Energetyki, Nr 2, 2005, 143-163.
• Zima W.: Simulation of dynamics of a boiler steam superheater with an attemperator, Proc. of the Inst, of Mechanical Engs., Part A: Journal of Power and Energy, Vol. 220, 2006, 793-801.
• Gerald C. F., Wheatley P. O.: Applied Numerical Analysis, California Polytechnic State University, Addison-Wesley Publishing Company, 1994.
• Orłowski P., Dobrzański W., Szwarc E.: Kotły parowe, WNT, Warszawa 1979.
• Kuznecov N.V., Mitor V.V., Dybovskij I.E., Karasina E.S.: Teplovoj rascet koteVnych agre-gatov, Energija, Moskva 1973.
• Cwynar L.: Rozruch kotłów parowych, WNT, Warszawa 1981.