| dc.description.abstract | Oppgaven tar utgangspunkt i anleggskonfigurasjonen til dampkjelkonseptet utviklet av Energos AS. Dampkjelen er en nøkkelkomponent i avfallsforbrenningsanlegg og har som oppgave å overføre termisk energi (varme) fra varm røykgass og til vann/damp under høyt trykk. Følgende hovedtemaer er jobbet med i oppgaven, hvor hovedvekten av besvarelsen er lagt til skjevfordelingsanalysen: Beregningsprogram: • Det er ferdigstilt et beregningsverktøy (Excel) for termisk-hydraulisk ytelse av en sammensatt dampkjel (fallkammer, røykrørskjel og ekonomiser). • Beregningsprogrammet viser akseptabel gyldighet da resultatverdiene viser god overenstemmelse med verdier fra tilsvarende beregningsresultater. Litteraturstudie – Rør med serraterte finner: • Brukes som varmeoverflate i rørbuntene hvor en kompakt design ønskes, siden finnene innehar et større varmeovergangsareal enn et glatt rør uten finner. • Serrateringene resulterer i en høy varmeovergangskoeffisient siden kuttgeometrien fører til en mer turbulent strømning på grunn av en hyppig oppbrytning av strømningens grensesjikt. I midlertidig vil trykktapet over enheten øke sammenliknet med bruk av rør uten finner. • Et litteraturstudie av publisert data etter 1995 på varmeovergang og trykktap for slike rørsatser er gjort, samt en databasestruktur for innsamlet forsøksdata er utarbeidet. Litteraturstudie – Kritisk varmefluks (CHF) ved koking i horisontale rør: • Asymmetrisk fordeling av vann- og dampfasen grunnet gravitasjonseffekten påvirker kokeprosessen siden lagdeling kan oppstå ved lave masseflukser og kan føre til overoppheting av rørets overside ved forholdsvis lave varmeflukser. • Orienteringseffekten for et rør, horisontalt kontra vertikalt, vil ha liten betydning for rørets CHF ved masseflukser over 3500 - 4000 kg/m2s. • CHF-korrelasjonene baseres på ulike definisjoner av CHF-fenomenet: 1) Lokalt fenomen: De lokale parameterne samsvarer med de kritiske verdiene. 2) Globalt fenomen: Et resultat av en helhetlig prosess som inkluderer kokelengden og strømningens historie i sin funksjon. Effekten av bølgeforstyrrelser, oppstrøms rørsvingninger og ujevn varmefluks, må tas hensyn til. Analyse - Skjevfordeling i fordamperpakker: Ujevn beleggdannelse (fouling) og fortetninger på røykgassiden i fallkammeret medfører skjevfordelt strømning på vannsiden i fordamperpakkene og mellom de ulike fordamperpakker-seksjonene, så lenge forebyggende tiltak (robustifiseringer) av systemet ikke er implementert. Skjevfordelingen er et resultat av en utligning av trykktapsdifferansen mellom rørene som hovedsakelig oppstår grunnet ulike fordampningsrater, massetettheter, og dermed ulike friksjon, - akselerasjon- og gravitasjonstrykktap. Et beregningsgrunnlag for vanndistribusjonen i en fordamperpakke er utviklet med utgangspunkt i Minzer sin seksjonsmetode, og innflytelsen av gjengroingen og skjevfordelingen er blitt kartlagt gjennom simuleringer med forskjellige temperatur- og foulingsituasjoner. Skjevfordelingen uttrykkes i prosent masseenheter, av den totale massestrømmen til fordamperpakken, som sendes til rørseksjonen med lav fouling (høy varmefluks), og rørseksjonen med høy fouling (lav eller ingen varmefluks). Rørpakkene nederst i fallkammeret har en lav risiko for skjevfordeling siden området domineres av moderate røykgasstemperaturer (ca. 500 °C) og varmeflukser, og den lave trykktaps-differansen mellom et gjengrodd rør og et utsatt rør resulterer derfor i en mindre kritisk skjevfordeling enn ved høyere temperaturer, ca. 35/65 %. Dette siden friksjonstrykktapet i røret med koking ikke er betydelig mye høyere sammenliknet med gravitasjonstrykktapet til det gjengrodde røret med enfase. Fallkammerets mest kritiske område er lokalisert og satt til de øverste rørene i den øverste fordamperpakken i fallkammeret, hvor røykgasstemperaturen varierer mellom 900 – 950 °C og de horisontalliggende rørene er utsatt for et ekstra stort strålingsbidrag og foulingpotensiale. I dette området registreres en skjevfordeling på 10/90 %, som resulterer i et strømningsmønster i det utsatte røret som gir en uakseptabel liten margin for CHF, tørrkoking og en mulig burnout. Fra litteraturstudiet av CHF ble Groeneveld sin beregningsmodell valgt og anvendt i CHF-analyser som funksjon av skjevfordelingsgraden i systemet. Robustifisering av systemet gjøres ved å påtvinge ytterligere trykktap i rørene i fordamper-pakkene, som da utjevner skjevfordelingen og gir større margin for CHF. Dette innebærer innsetting av innsnevringsdyser (hullboringer) fra innløpsmanifolden til de mange rørene internt i rørpakken, samt innsetting av innsnevringsdyser (metalldisker) i overgangen fra stigerøret og inn på innløpsmanifolden til rørpakkene. Med det kritiske området som utgangspunkt ble det funnet at med dyser (9 mm) vil marginen for CHF økes betraktelig, der den virkelige varmefluksen er ca. 40 % ifra å nå CHF-verdien til systemet, og med dyser (5 mm) økes marginen til ca. 50 %. Begge dysediameterne ansees som motstandsdyktige for en mulig oppnåelse av CHF i rørene, selv med en antatt usikkerhetsmargin på ± 30 % grunnet grovheten av beregningsgrunnlaget. Men med økt trykktap følger også økt nødvendig pumpekraft for vannkretsen, noe som må sees i sammenheng med robustheten oppnådd og det totale energibehovet til anlegget i en avveiing av endelig robustifiserings-strategi. Dyser på 9 mm resulterer i en 6 % økning av pumpekraften (0,2 bar), mens dyser på 5 mm resulterer i et ekstra pumpearbeid på 47 % (1,5 bar), med utgangspunkt i en typisk sirkulasjonspumpe anvendt for vannkretsen. | nb_NO |
