Kerrostumien muodostumisen määritys sondin lämmönsiirron perusteella

Abstract

Diplomityön tavoitteena oli tutkia kerrostumien muodostumista voimalaitoskattiloiden lämpöpinnoille ja niiden vaikutusta lämmönsiirtoon. Kerrostumien vaikutusta lämpöpintojen lämpötiloihin tutkittiin kerrostumasondin avulla kierto- ja kerrosleijukattiloissa. Saadun mittausaineiston muodostettiin mittaustilannetta vastaava laskentamalli, jonka avulla pystytään selvittämään voimalaitoksen lämpöpintojen likaantumista käyttöperiodin aikana. Työn alussa tarkasteltiin kerrostumien muodostumismekanismeja lämmönsiirtopinnoille, kerrostumien ominaisuuksia ja virtausympäristön vaikutusta lämmönsiirtoon. Poltossa syntyvä tuhka kiinnittyy eri mekanismeilla kattilan seinille ja lämpöpinnoille riippuen polttoaineesta ja ympäröivistä olosuhteista. Likakerrosten muodostuminen lämmönsiirtimen pinnalle pienentää putkeen siirtyvää lämpövirtaa ja alentaa kattilan hyötysuhdetta. Kerrostumien lämmönjohtumisesta ja mikrorakenteesta on hyvin vähän kokeellisen tietoa, mikä vaikeuttaa reaalisten mallien muodostamista kattilan käyttäytymisestä sen likaantuessa.Työn kokeellisessa osassa tarkasteltiin kahdella eri kattilalla tehtyjä mittauksia. Mittaukset tehtiin kerrostumasondilla, jonka lämmönsiirrosta luotiin laskentamalli SIMULINK-simulointiohjelmalla. Mittaustuloksina saatiin kolmen eri pinnan lämpötilat, jotka muuttuivat kerrostuman ja jäähdytyksen vaikutuksesta. Laskentamallista muokattiin mittaustilanteita vastaava, jolloin lämpötilamuutoksista nähdään likakerroksen ominaisuuksien vaikutus lämmönsiirtoon. Sondista muodostettiin myös FLUENT-malli, jolla tarkasteltiin yksittäisen putken virtauskenttää sekä kahden lähekkäin olevan putken vaikutusta virtaukseen.

The aim of this thesis was to study ash deposition on heat transfer surfaces of power plant furnaces and effect the deposition has on heat transfer. The effect of deposition on heat surface temperatures was studied with a deposition probe in circulating and bubbling fluidised bed boilers. Data from measurements was used to build a calculation model, which simulates measurement conditions. With this model is possible to define deposition rate on heat transfer surfaces during operation period. In the beginning of thesis were different mechanisms of deposition, deposition properties and the effect flow environment has on heat transfer introduced. Ash formed in combustion sticks to walls and on heat surfaces with different mechanisms depending on used fuel and surrounding conditions. Deposition diminishes heat flux to tube and decreases efficiency. In literature very little information of deposition microstructure and heat conduction can be found. This makes it difficult to build realistic models of furnace behaviour while ash depositions grow. In the experimental part furnace measurement data from two different experiments were examined. Measurements were made using deposition probe. SIMULINK-simulation program was used to create the simulation model of the heat transfer in probe. Three temperature values around the probe were received as measurement data. Calculation was adapted to correspond with the measurement conditions so that effect of the deposition properties can be seen from temperature changes. Also FLUENT model was developed to see the flow field of single tube and also the effect two closely placed tubes have on gas flow.