Bewertung eines Abhitzekessels für Gas- und Dampfkombikraftwerke

Zusammenfassung: Das Gas- und Dampfkraftwerk besteht aus einem Top-Zyklus, einem Bottom-Zyklus und einem Abhitzekessel als integralen Systemen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Vorhersage und Analyse des Strömungsverhaltens im Abhitzekessel. Die Wärmeübertragungs- und Druckabfallanalyse wird mithilfe eines CFD-Modells (Computational Fluid Dynamics) durchgeführt. Die Fähigkeit des CFD-Modells, die Wärmeübertragungs- und Druckabfallleistung von Rippenrohren bei Querströmung vorherzusagen, wird analysiert. Der Abhitzekessel mit gezacktem Rohr und stationärem Ansatz wird mit einem Zweigleichungs-Turbulenzmodell verwendet, um die Strömung von Flüssigkeiten mit Reynolds-Zahlen zwischen 5.000 und 30.000 zu untersuchen. Die vom CFD-Modell vorhergesagte Nusselt-Zahl des externen Durchflusses und der Gesamtdruckabfall werden mit den Vorhersagen veröffentlichter empirischer Korrelationen verglichen.

Schlüsselwörter  Abhitzekessel ·Gezahnte Rohre·Wärmeübertragung·Druckabfall·Kombikraftwerke

Diese Arbeit präsentiert die vergleichende Analyse von spiralförmig segmentierten Rippenrohren unter Verwendung eines Wärmeübertragungs- und Druckabfallmodells unter Verwendung eines CFD-Tools für den Economizer. Drei Rohre werden anhand von Nusselt-Zahl, Druckabfall, Temperaturdifferenz und Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten für die Wechselwirkung von Flüssigkeiten miteinander verglichen. Das Wasser fließt innerhalb der Rohre und das Gas außerhalb der Rohre. Die Rohre sind in horizontaler Richtung in einer Schale angeordnet, während die Rauchgase vertikal strömen können. Die Wechselwirkung von Rauchgasen und Speisewasser wird beobachtet und wie das gezackte Rohr die Grenzschicht der Rauchgase stört, die sich in der Nähe der Rohre verdickt. Die thermische Bewertung wurde anhand der Eigenschaften von Flüssigkeitsrohr- und Rippenmaterialien, der Rohrgeometrie und der Betriebsbedingungen analysiert. Das theoretische Modell wurde mit dem simulierten Modell verglichen. Die unterschiedliche Rohrgeometrie wird mit verschiedenen Konfigurationen wie massivem Rohr, 27-segmentiertem Rohr und 30-segmentiertem Rohr analysiert. Diese Bewertungen basieren auf verschiedenen Reynolds-Zahlen von 5.000 bis 30.000 der Rauchgase. Um die Leistung auf der Grundlage bestehender Anlagen zu untersuchen und zu vergleichen, wurde das für den HRSG (Economizer) verwendete Material als dem ähnlich betrachtet, das derzeit im bestehenden HRSG im Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk in Delhi, Indien, verwendet wird. Das im Economizer-Abschnitt des HRSG verwendete Rohrmaterial wird detailliert beschrieben. Die Fluideigenschaften (Abgase und Wasser) und die Materialeigenschaften wurden von Sharma und Singh übernommen.

Das in dieser Simulation verwendete CFD-Modell ist ein k-errealisierbares, skalierbares viskoses Heizturbulenzmodell.