Spis treści. Od Redaktora. Spis waŝniejszych oznaczeń

Transkrypt

1 Procesy cieplne i przepływowe w duŝych kotłach energetycznych : modelowanie i monitoring / red. nauk. Jan Taler ; aut. Artur Cebula [et al.]. Warszawa, 2011 Spis treści Od Redaktora Spis waŝniejszych oznaczeń XII XIII 1 Konstrukcja współczesnych kotłów energetycznych 1 prof, dr hab. inŝ. Władysław Gajewski, dr inŝ. Monika Kosowska-Golachowska 1.1 Wprowadzenie Klasyfikacja kotłów energetycznych Kotły pyłowe Przepływowy kocioł pyłowy BB 2400 na nadkrytyczne parametry pary Przepływowy kocioł pyłowy BB 1345 na nadkrytyczne parametry pary Kotły fluidyzacyjne Kotły z pęcherzową warstwą fluidalną (PWF) Kotły z cyrkulacyjną warstwą fluidalną (CWF) Ciśnieniowe kotły fluidyzacyjne Perspektywy rozwoju kotłów energetycznych 51 Literatura 58 2 Spalanie paliw Charakterystyka paliw gazowych, ciekłych i stałych 59 prof, dr hab. inŝ. Ryszard K. Wilk Paliwa gazowe Paliwa ciekłe Paliwa stałe Stechiometria procesów spalania paliw 82 prof, dr hab. inŝ. Jerzy Tomeczek Paliwa gazowe Paliwa stale i ciekłe Skład spalin po całkowitym i zupełnym spaleniu paliwa Spalanie niecałkowite i niezupełne Ciepło spalenia i wartość opałowa paliw Obliczanie temperatury spalin PrzybliŜone równania praktyczne Spalanie w atmosferze wzbogaconej w tlen 97 prof, dr hab. inŝ. Wojciech Nowak, dr inŝ. Tomasz Czakiert 2.4 Modelowanie procesów spalania Kotły pyłowe 116 prof, dr hab. inŝ. Włodzimierz Kordylewski

2 Spalanie w paleniskach pyłowych Modelowanie fizyczne spalania pyłu węglowego Modelowanie numeryczne spalania pyłu węglowego Kotły fluidyzacyjne 134 prof, dr hab. inŝ. Władysław Gajewski, dr inŝ. Monika Kosowska-Golachowska Specyfika spalania paliw stałych w kotłach fluidyzacyjnych Dynamika grubych ziaren węgla w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej Ewolucja składu frakcyjnego cyrkulacyjnej warstwy fluidalnej w procesie spalania Modelowanie spalania ziaren węgla w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej 152 Literatura Obliczenia procesów przepływowo-cieplnych Przepływy jednofazowe Równania zachowania masy, pędu i energii dla stanu nieustalonego Równanie zachowania masy Równanie zachowania pędu Równanie zachowania energii Równania zachowania masy, pędu i energii dla stanu ustalonego Analiza równań zachowania masy, pędu i energii pod kątem ich zastosowania do modelowania matematycznego wymienników ciepła Równanie zachowania masy Równanie zachowania pędu Równanie zachowania energii Równanie bilansu energii dla ścianki Ścianka cylindryczna o duŝej grubości Ścianka o skupionej pojemności cieplnej Przepływy dwufazowe 180 dr hab. inŝ. Dariusz Mikielewicz prof, dr hab. inŝ. Jarosław Mikielewicz Wprowadzenie i specyfika przepływów dwufazowych Przepływy dwufazowe bez wymiany ciepła Struktury przepływów Kanały pionowe Kanały poziome Mapy przepływu Przepływ dwufazowy z wymianą ciepła pojęcia podstawowe Jednowymiarowy, stacjonarny model przepływu dwufazowego Modele stopnia zapełnienia oraz mnoŝnika dwufazowego Przepływy dwufazowe z wrzeniem Wrzenie w przepływie w kanałach o średnicach konwencjonalnych Wrzenie w przepływie w mini kanałach Półempiryczny model wrzenia w przepływie Kondensacja w przepływie 210

3 3.2.6 Niestabilności w przepływach dwufazowych Stabilność przepływu w kanałach generatora pary przy małych prędkościach Analiza charakterystyki hydraulicznej kanału rekuperatora parownika Zakończenie 221 Komory spalania Metody analityczne obliczania komór spalania kotłów 222 prof, dr hab. inŝ. Jan Taler Symulacja CFD komór spalania kotłów 226 prof, dr hab. inŝ. Włodzimierz Kordylewski Symulacja procesów spalania w paleniskach pyłowych Symulacja powstawania i redukcji emisji tlenków azotu w paleniskach pyłowych 240 Obliczenia przepływowo-cieplne ekranów kotłów 243 prof, dr hab. inŝ. Kazimierz Wójs, dr inŝ. Sławomir Grądziel, dr inŝ. Piotr Szulc Obliczenia przepływowo-cieplne ekranów kotłów z obiegiem naturalnym 244 dr inŝ. Sławomir Grądziel Niestabilność przepływu czynnika roboczego w kotłach 254 prof, dr hab. inŝ. Kazimierz Wójs, dr inŝ. Piotr Szulc Modelowanie zjawiska niestabilności przepływu w kotłach przepływowych Przepływ fazy ciekłej w rurze parownika Przepływ mieszaniny parowo-wodnej w rurze parownika Przepływ pary wodnej w parowniku Przykład zastosowania modelu opracowanego w pracach [3.53, 3.153, 3.154, 3.157] do obiektu rzeczywistego Podsumowanie 272 Kotłowe wymienniki ciepła Ogólne zasady obliczania wymienników Wymiennik współprądowy Wymiennik przeciwprądowy Jednorzędowy rurowy wymiennik ciepła o krzyŝowym przepływie czynników KrzyŜowo-prądowy wymiennik ciepła Metody obliczeń wymienników ciepła stosowane w praktyce inŝynierskiej Metoda oparta na średniej logarytmicznej róŝnicy temperatur Obliczanie wymienników ciepła metoda NTU Przykłady obliczeniowe 302 Współczynnik przenikania ciepła dla rur gładkich i oŝebrowanych Wprowadzenie 308

4 3.6.2 Współczynniki wnikania ciepła po stronie spalin Konwekcyjne współczynniki wnikania ciepła 310 dr inŝ. Tomasz Sobota Radiacyjne współczynniki wnikania ciepła 320 prof, dr hab. inŝ. Jan Taler Współczynniki wnikania ciepła po stronie wody i pary 327 dr inŝ. Piotr Wais Wymuszona konwekcja w rurach wprowadzenie Wymiana ciepła w przepływie laminarnym Wymiana ciepła w przepływie turbulentnym Przebieg procesu wrzenia Podsumowanie Symulacja CFD kompaktowych wymienników ciepła 340 dr inŝ. Artur Cebula Porównanie wyników obliczeń przepływowo-cieplnych w wymiennikach o róŝnej konstrukcji Eksperymentalne wyznaczanie średnich współczynników wnikania Ciepła 351 dr inŝ. Tomasz Sobota Graficzna metoda Wilsona 352 Literatura Obliczenia wytrzymałościowe kotłów 367 dr hab. inŝ. Piotr Duda, prof. PK 4.1 Obliczanie napręŝeń w elementach o prostych kształtach Obliczenia napręŝeń w elementach ciśnieniowych o złoŝonych kształtach Obliczanie napręŝeń w elementach ciśnieniowych o złoŝonych kształtach z uwzględnieniem pełzania 377 Literatura Analiza pracy kotłów w warunkach nieustalonych Rozruch i wyłączanie kotła z ruchu 385 dr hab. inŝ. Bohdan Węglowski, prof PK Przygotowanie kotła do uruchomienia Uruchomienie kotła Opis zjawisk zachodzących w kotle w warunkach nieustalonych Rozruch i wyłączanie z ruchu kotła z obiegiem naturalnym Rozruch i wyłączanie z ruchu kotła przepływowego Obliczenia przepływowo-cieplne Dynamika parownika kotła 405 prof, dr hab. inŝ. Jan Taler,, mgr inŝ. Piotr Harchut Wprowadzenie Zmiany ciśnienia i temperatury w parowniku w czasie nagrzewania 406

5 Bilans masy i energii dla parownika kotła Strumień ciepła przejmowany w komorze paleniskowej Wyniki obliczeń Wnioski Dynamika przegrzewaczy pary 415 dr hab. inŝ. Wiesław Zima, prof. PK Model matematyczny przegrzewaczy pary Weryfikacja eksperymentalna Podsumowanie Obliczenia cieplno-wytrzymałościowe w warunkach nieustalonych 435 dr hab. inŝ. Piotr Duda, prof. PK NapręŜenia cieplne w elementach o prostych kształtach NapręŜenia cieplne w elementach o złoŝonych kształtach 439 Literatura Monitorowanie eksploatacji kotłów Monitorowanie cieplno-przepływowych warunków pracy 447 prof, dr hab. inŝ. Jan Taler, dr hab. inŝ. Bohdan Węglowski, prof. PK, dr hab. inŝ. Piotr Duda, prof. PK, dr hab. inŝ. Wiesław Zima, prof. PK, dr inŝ. Sławomir Grądziel, dr inŝ. Tomasz Sobota, dr inŝ. Artur Cebula, 6.2 Monitorowanie cieplno-wytrzymałościowych warunków pracy 467 prof, dr hab. inŝ. Jan Taler, dr hab. inŝ. Piotr Duda, prof. PK, dr hab. inŝ. Bohdan Węglowski, prof. PK, dr hab. inŝ. Wiesław Zima, prof. PK, dr inŝ. Sławomir Grądziel, dr inŝ. Tomasz Sobota,, dr inŝ. Artur Cebula, mgr inŝ. Magdalena Jaremkiewicz Eksperymentalne wyznaczanie temperatury przepływającego czynnika w stanie nieustalonym 467 mgr inŝ. Magdalena Jaremkiewiez Wprowadzenie Modele matematyczne termometrów Czujnik o budowie złoŝonej Wyznaczanie temperatury czynnika na podstawie przebiegów temperatury p termometru Wnioski Ocena stopnia zuŝycia w wyniku pełzania i zmęczenia cieplnego Identyfikacja rozkładu temperatury Wyznaczanie napręŝeń cieplnych i pochodzących od ciśnienia Procesy zanieczyszczania powierzchni ogrzewalnych kotłów Wprowadzenie 499 prof, dr hab. inŝ. Jerzy Tomeczek, Rodzaje i własności osadów popiołowych 499 prof, dr hab. inŝ. Jerzy Tomeczek, kern6pt prof, dr hab. inŝ. Marek Pronobis

6 6.3.3 Procesy zanieczyszczania podstawy fizykochemiczne i modelowanie Transformacja substancji mineralnej w procesie spalania węgla 504 prof, dr hab. inŝ. Jerzy Tomeczek Mechanizm tworzenia się osadów wysokotemperaturowych (WT) na powierzchniach grzewczych kotłów 510 prof, dr hab. inŝ. Jerzy Tomeczek, Powstawanie osadów średniotemperaturowych (ST) śuŝlowanie ścian komory paleniskowej Mechanizm procesu Wpływ własności paliwa Wpływ parametrów fizycznych procesu Wskaźniki określające skłonność węgla do ŜuŜlowania i zanieczyszczania powierzchni ogrzewalnych Wpływ współspalania paliw alternatywnych na proces ŜuŜlowania Zanieczyszczanie popiołem przegrzewaczy pary i podgrzewaczy wody Zasady obliczania wpływu osadów na wymianę ciepła Wpływ współspalania paliw alternatywnych na zanieczyszczenie powierzchni ogrzewalnych Monitorowanie procesów zanieczyszczania powierzchni ogrzewalnych kotła 538 prof, dr hab. inŝ. Jan Taler, dr inŝ. Marcin Trojan, dr hab inŝ. Dawid Taler Dotychczasowy stan zagadnienia Charakterystyka ŜuŜlowania ścian komory paleniskowej kotła i zanieczyszczania lotnym popiołem powierzchni rur przegrzewacza Monitorowanie lokalnego stopnia zanieczyszczenia Sprawność kotła Model matematyczny parownika kotła Wyznaczanie strumieni masy powietrza, spalin i paliwa Ocena stopnia zanieczyszczenia ścian komory paleniskowej i przegrzewa- czy kotła Wyznaczanie w trybie on-line parametrów charakteryzujących stopień zanieczyszczenia ścian komory paleniskowej kotła i rur przegrzewacza Ocena lokalnego stopnia zanieczyszczenia ścian komory paleniskowej kotła za pomocą wstawek termometrycznych Korozja powierzchni ogrzewalnych kotłów 566 prof, dr hab. inŝ. Włodzimierz Kordylewski, Korozja wysokotemperaturowa 566 prof, dr hab. inŝ. Włodzimierz Kordylewski Korozja niskotemperaturowa 575

7 Literatura Optymalizacja nagrzewania i ochładzania grubościennych elementów kotłów 584 prof, dr hab. inŝ. Jan Taler, dr inŝ. Piotr Dzierwa, 7.1 Wstęp Optymalne zmiany temperatury czynnika z uwagi na napręŝenia cieplne Funkcja wpływu odpowiedź elementu na wymuszenie jednostkowe temperaturą płynu Funkcja wpływu dla elementu cylindrycznego Funkcja wpływu dla elementu sferycznego Optymalizacja procesu nagrzewania Optymalne zmiany temperatury czynnika, gdy temperatura czynnika nie zaleŝy od jego ciśnienia Optymalne zmiany temperatury czynnika z uwagi na sumaryczne napręŝenia na brzegu otworu w obszarze czynnika o temperaturze nasycenia Porównanie z przepisami dotyczącymi kotłów Przykłady obliczeniowe Propozycja nowych przepisów słuŝących do wyznaczania dopuszczalnych szybkości nagrzewania i ochładzania grubościennych elementów kotłów Przykłady obliczeniowe Propozycja sposobu wyznaczania zmian temperatury czynnika w czasie nagrzewania i ochładzania elementów ciśnieniowych nieosłabionych otworami Propozycja sposobu wyznaczania zmian temperatury czynnika w czasie nagrzewania i ochładzania elementów ciśnieniowych osłabionych otworami 619 Literatura 624 Załącznik Z7 625 Z7.1. Naczynia i rurociągi ciśnieniowe nieosłabione otworami 625 Z Zbiorniki i rurociągi cylindryczne nieosłabione otworami 625 Z Zbiorniki sferyczne nie osłabione otworami 628 Z7.2. Koncentracja napręŝeń na brzegach otworów w naczyniach ciśnieniowych poddanych działaniu ciśnienia wewnętrznego 629 Z Zbiorniki i rurociągi cylindryczne osłabione otworami 629 Z Zbiorniki sferyczne osłabione otworami 634 Literatura do załącznika Z7 637 Summary 638 Skorowidz 650 oprac. BPK