Johansen, Axel Vodder Ohrt

Formålet med denne afhandling er at beskrive og analysere driftsfleksibilitet i fordampere, baseret på matematiske / numeriske metoder. Afhandling omhandler matematiske studier af fordampere og inddrager læseren i mange af de komplekse overvejelser, som er nødvendige for at kunne indlede et studie af thermo-hydrauliske to-fase strømninger. Model kompleksiteten forøges af, at vi har at gøre med transport af en fluid, som ændrer fase undervejs, fra en tilstand som underkølet vædske ved indløbet til fordamperen og til overhedet damp ved udløbet af fordamperen. De matematiske modeller omfatter både en analyse af statisk stabilitet i form af undersøgelser af flow fordeling i panelvægge og Ledinegg stabilitet samt dynamiske studier af opstartsforhold og lastregulerings eksempler. I valget af numerisk skema er der lagt vægt et højere ordens skema, som kan håndtere store lastspring, diskontinuiteter og shock i løsningen samt kan håndtere dynamiske påvirkninger via randbetingelser og initialfelter. Desuden er der modelleret passende udtryk for de termodynamiske tilstandsstørrelser som knytter sig til det strømmende medie, som i dette tilfælde er vand/damp. Læseren vil blive introduceret til grundlæggende begreber inden for kraftværkssektoren, herunder levetidsbegreber som korrosion, krybning og udmattelse, som kan relateres til fordamperrøret, som er ansvarlig for overførsel af energi fra fyrrummet til vand/damp kredsløbet i et termisk kraftværk. Nye fordamper teknologier er kort blevet beskrevet, efterfulgt af simuleringer af en kraftværksfordamper fra Skærbækværket (SKV3), som er beliggende ved Kolding Fjord. Her analyseres forskellige driftsforhold på fordamperen med hensyn til fyringsprofil. Endvidere undersøges konsekvensen af udfald af en fødevands forvarmer samt reduceret fordampertryk, som er nogle blandt mange af de tiltag, som kan anvendes til at tilpasse de termiske kraftværker til de nye markedsvilkår med øget grøn energi. Det numeriske skema viser sig særdeles velegnet til at håndtere kraftige oscillationer og slugs i relation til to-fase strømninger. Det tilhørende vand/damp bibliotek er opbygget som en hurtig bilineær ’look up’ table som har reduceret beregningstiden betydeligt. Applikation er generisk opbygget, således at andre fluider kan anvendes. Simuleringsværktøjerne er implementeret i C++ og kan kommunikere med forskellige kommercielle værktøjer, med henblik på post processering af beregningsresultaterne.The main objective of this Ph.D. thesis is to describe and analyse the most recent knowledge about operational flexibility in steam power plant evaporators, based on mathematical / numerical methods. The thesis addresses a mathematical study of steam power plant evaporators and involves the reader in many of the complex considerations-, that are necessary to initiate such a study of thermal-hydraulic two-phase flows. The model complexity is increased with the transport of a fluid that changes phase from a sub-cooled liquid state, to a superheated vapour through the evaporator. The mathematical models include analysis of static stability, in the form of studies of mal-distribution in panel walls and Ledinegg stability. Additionally dynamic studies of start-up conditions and load control examples are performed. The choice of the numerical scheme has focused on a higher-order scheme, which can handle steep gradients, discontinuities and shock in the solution and can handle dynamic effects through boundary conditions and initial fields. Furthermore, the thermodynamic properties associated with the flowing media are modelled as a fast look-up table, which in this case is water/steam. The reader will be introduced to basic concepts in the power sector, including lifetime terms, such as corrosion, creep and fatigue, related to the evaporator tubes, which are responsible for the transfer of energy from the boiler to the water / steam circuit of a power plant. New evaporator technologies are briefly described, followed by a simulation of a steam power plant evaporator of Skærbækværket (SKV3), which is one of DONG Energy’s ten central CHP plants, built in 1998 and located in Skærbæk at the mouth of Kolding Fjord in Denmark. Here different heating profiles of the evaporator are investigated, as well as an examination of the consequences of a feed water preheater outfall and reduced evaporator pressure, which are some among many other actions that can be analysed to adjust the thermal power stations to the new market conditions requiring increased green energy. The numeric scheme is particularly well suited to handle strong oscillations and slugs in relation to the two-phase flow, and in spite of the associated water / steam library being designed as a fast bilinear ’look-up’ table, the calculation time is long. The structure of the application is generic in the sense that other fluids can be used. The simulation tools are implemented in C++ and can communicate with various commercial tools, for the purpose of post processing of the calculation results

Online Research Database In Technology

Numerical study of evaporators in power plants for improved dynamic fl exibility

http://orbit.dtu.dk/ws/files/100182726/Numerical_study_of_evaporators.pdf

Numerical study of evaporators in power plants for improved dynamic fl exibility

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology