Beta 1


Title Komponentbaseret kedelmodel : udvikling af en generisk og dynamisk model til optimering og regulering
Author Østergaard, Thomas
Kristensen, Jacob
Supervisor Elmegaard, Brian (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Houbak, Niels (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Institution Technical University of Denmark, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Thesis level Master's thesis
Year 2006
Abstract Variabelt forbrug og svingninger i produktionen på decentrale kraftvarmeværker og vindmøller, stiller høje krav til de centrale kraftværkers reguleringsevne. Derfor er der en stigende interesse for dynamikken i kraftværkerne såvel, som for de enkelte komponenter. Projektets hovedformål er at opbygge en dynamisk og generisk model af fordamperen i en kraftværkskedel i simuleringsprogrammet DNA. Modellen er opbygget med udgangspunkt i Skærbækværkets blok 3, som er et centralt, gasfyret kraftværk. Den udviklede model består af en kontrolvolumenbaseret strålingsberegning, en overstøkiometrisk og en understøkiometrisk forbrændingsberegning, samt en beregning af varmeovergangen i fordampervæggen, som afhænger af typen af kogning i fordamperrørene. Både de statiske og dynamiske dele af modellen er verificeret og i størst muligt omfang, valideret med måledata. Verificeringen har vist, at modellen reagerer, som ventet på diverse ændringer af inputparametre og valideringen viser god overensstemmelse, mellem beregninger og målte data. Beregningerne af varmetransporten i fordamperen, er meget afhængig af den kontrolvolumenbaserede strålingsberegning og derfor, er der lagt stor vægt på en validering af denne metode vha. en CFD beregning. Modellen har en detaljeringsgrad, der gør den velegnet til analyse af driftsmønstre og dynamiske forhold ved lastændringer. Vigtige parametre, som lokale metaltemperaturer og temperaturgradienter i fordampervæggen beregnes og modellen kan derfor benyttes, til at vurdere styrkemæssige begrænsninger ved op og nedregulering af kedelanlæg.Modellen er væsentligt hurtigere at opbygge og tilpasse til et kedelanlæg end en CFD beregning. Det er blevet demonstreret, hvordan modellen kan benyttes til undersøgelser af et kedelanlæg. Det er undersøgt hvordan en ændret røggas recirkulering har betydning for varmeoptaget i kedlen på Skærbækværkets blok 3. Desuden, er der med den dynamiske model beregnet spændinger i væggen ved en forøgelse af brændstofindfyring.
Abstract Variable comsumption and fluctuations in production at decentralized power plants and wind turbines brings high demands to central power plants ability to regulate production. Therefor there is an increased interest in the dynamic performance of power plants and their components. In this project a dynamic and generic model of the evaporator in a power plant boiler is developed with the simulation program DNA. The model is designed with unit 3 at Skærbækværket in mind, which is a central, gas fired unit. The developed model consists of a control volume based radiation calculation, an over stoichiometric and an under stoichiometric combustion calculation, and a calculation of heat transfer through the furnace walls, depending on the type of boiling occurring in the wall. Both the static and the dynamic parts of the model are verified and where possible validated against data. The verification has shown that the model behaves as expected when input parameters are changed, and the validation showed good correspondence between calculated values and data. The calculation of heat transport in the evaporater heavily depends on the control volume based radiation model and therefore a CFD calculation is used to validate this method. The level of detail in the model, makes it suitable for analysis of operational strategies and dynamic effects at load changes. Important parameters like local temperatures and temperature gradients in the furnace walls are calculated, which makes the model usable for assessments of limitations when changing load, due to material weakness. The model is easier and faster to use and adapt to new geometries than a CFD model. It has been demonstrated, how the model can be used to analyze boiler performance. The model is used to investigate, the effects of recirculation of flue gas in the furnace at unit 3 at Skærbækværket. It has been shown, that recirculation is an effective way to move the heat transfer to the water/ steam circuit upwards in the boiler. Furthermore the model is used, to calculate tensions in the furnace wall during increasing fuel input.
Imprint Technical University of Denmark (DTU) : Kgs. Lyngby, Denmark
Fulltext
Original PDF komponentbaseret_kedelmodel.pdf (3.94 MB)
Admin Creation date: 2009-11-05    Update date: 2010-10-28    Source: dtu    ID: 252023    Original MXD