Vesihöyrypiirin kiertolaskenta kuplapetikattilassa
Hakkarainen, Timo (2013)
Kandidaatintyö
2013
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201301301683
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201301301683
Tiivistelmä
Työssä selvitetään kiertolaskennan periaatteita kuplapetikattilassa, esitetään lyhyesti kattilan toimintaperiaate ja paneudutaan alan laskentaohjelmistoihin. Luonnonkierto kattilan vesihöyrypiirissä on seurausta hydrostaattisesta paineesta, joka aiheutuu tiheyserosta nousu- ja laskuputkien välillä.
Kiertolaskennassa on huomioitava kaksifaasivirtauksen ominaispiirteet. Höyry ja neste virtaavat putkistossa eri nopeuksilla, jolloin esimerkiksi painehäviön määrityksessä käytetään erilaisia korrelaatioita ja käyrästöjä. Kaksifaasivirtauksen laskennassa tarvitaan kolmea eri taseyhtälöä: energiatasetta, massatasetta ja liikemäärätasetta.
Luonnonkiertokattiloissa höyrykierron suunnittelussa on kaksi pääasiallista ehtoa. Ensimmäiseksi tulee varmistaa riittävä kiertoveden massavirta, jotta vältetään höyrystinputkien puhki palaminen. Toiseksi tulee välttää höyrystinputken pinnan lämpötilavaihteluita ja värähtelyitä.
Alustavassa luonnonkierron mitoituksessa turvaudutaan kokemusperäiseen tietoon. Myöhemmässä tarkemmassa mitoituksessa käytettäviä ohjelmistoja ovat NOWA sekä kaupalliset PPSD ja Apros. Laskenta lähtee liikkeelle siitä, että lasketaan ensin vesihöyrykierron massavirrat erilaisilla lämpökuormilla ja höyryntuotanto määritellään painehäviöiden perusteella. NOWA- ja PPSD- ohjelmistoilla tehtyjen esimerkkilaskelmien perusteella voidaan sanoa, että tulokset riippuvat käytetystä laskentamallista. This bachelor’s thesis presents principles of calculation of natural circulation in BFB-boilers. The operating principle of such boilers is briefly described and calculation programs utilized in analysis of natural circulation researched. Natural circulation in water-steam- is possible due to hydrostatic pressure produced by the density difference between the riser and downcomer pipes.
When calculating water/steam circulation, the characteristics of two-phase flow have to be known. Steam and water flow in pipes at different velocities and, therefore, when assessing pressure drop correlations have to be used in design of natural circulation loops. Three different equations are needed in calculation of two-phase flow: energy balance, mass balance and momentum balance.
When designing natural circulation there are two main requirements. Firstly, it has to be ensured that the mass flow of circulation is adequate so that dryout and burnout of pipes can be avoided. Secondly, temperature differences and vibrations in tubes have to be prevented.
In preliminary design of natural circulation knowhow is often used. Programs such as NOWA, PPSD and Apros are used for calculation of specific design elements. Calculation begins with evaluation of water-steam-mixture mass flow. Example calculations with NOWA and PPSD are presented in this thesis. The analysis shows that results depend on the calculation model.
Kiertolaskennassa on huomioitava kaksifaasivirtauksen ominaispiirteet. Höyry ja neste virtaavat putkistossa eri nopeuksilla, jolloin esimerkiksi painehäviön määrityksessä käytetään erilaisia korrelaatioita ja käyrästöjä. Kaksifaasivirtauksen laskennassa tarvitaan kolmea eri taseyhtälöä: energiatasetta, massatasetta ja liikemäärätasetta.
Luonnonkiertokattiloissa höyrykierron suunnittelussa on kaksi pääasiallista ehtoa. Ensimmäiseksi tulee varmistaa riittävä kiertoveden massavirta, jotta vältetään höyrystinputkien puhki palaminen. Toiseksi tulee välttää höyrystinputken pinnan lämpötilavaihteluita ja värähtelyitä.
Alustavassa luonnonkierron mitoituksessa turvaudutaan kokemusperäiseen tietoon. Myöhemmässä tarkemmassa mitoituksessa käytettäviä ohjelmistoja ovat NOWA sekä kaupalliset PPSD ja Apros. Laskenta lähtee liikkeelle siitä, että lasketaan ensin vesihöyrykierron massavirrat erilaisilla lämpökuormilla ja höyryntuotanto määritellään painehäviöiden perusteella. NOWA- ja PPSD- ohjelmistoilla tehtyjen esimerkkilaskelmien perusteella voidaan sanoa, että tulokset riippuvat käytetystä laskentamallista.
When calculating water/steam circulation, the characteristics of two-phase flow have to be known. Steam and water flow in pipes at different velocities and, therefore, when assessing pressure drop correlations have to be used in design of natural circulation loops. Three different equations are needed in calculation of two-phase flow: energy balance, mass balance and momentum balance.
When designing natural circulation there are two main requirements. Firstly, it has to be ensured that the mass flow of circulation is adequate so that dryout and burnout of pipes can be avoided. Secondly, temperature differences and vibrations in tubes have to be prevented.
In preliminary design of natural circulation knowhow is often used. Programs such as NOWA, PPSD and Apros are used for calculation of specific design elements. Calculation begins with evaluation of water-steam-mixture mass flow. Example calculations with NOWA and PPSD are presented in this thesis. The analysis shows that results depend on the calculation model.