بخشی از مقاله
خلاصه
پیش گرمکن دوار یکی از اجزای مهم در نیروگاه بخار برای افزایش راندمان حرارتی است. اصول کار این سیستم بر مبنای انتقال انرژی گازهای خروجی به هوای ورودی بویلر می باشد که این کار توسط ماتریس صفحات فشرده دوار صورت میگیرد. با توجه به ابعاد کوچک و میلیمتری فواصل مابین صفحات موجدار و ابعاد چند متری مبدل دوار برای مدلسازی پیش گرمکن، فضای مبدل به عنوان یک محیط متخلخل در نظر گرفته میشود. بدین طریق با کاهش هزینه محاسباتی امکان دستیابی به یک دید کلی از توزیع دما در مبدل حاصل میگردد که پیشتر به این صورت انجام نشده است. شبیهسازی عملکرد پیش گرمکن با استفاده از معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی برای فضای متخلخل در مبدل صورت گرفته و تاثیر متغیرهایی چون سرعت چرخش ماتریس، دبی عبوری، ابعاد هندسی، جنس ماتریس و دماهای ورودی بر عملکرد پیش گرمکن بررسی شده است. همچنین اثرات پدیده نشتی در پیش گرمکن دوار که نقش مهمی در کاهش کارآیی دارد، مورد بررسی قرار گرفته و انواع مختلف نشتی شعاعی، محوری و محیطی شبیهسازی شده است .
کلمات کلیدی: پیش گرمکن، نیروگاه بخار،
مقدمه
مبدل حرارتی ژانگستروم جهت بازیافت حرارت و صرفهجویی در مصرف انرژی در بسیاری از نیروگاهها به کار میرود. فردریک یانگستروم در سال 1920 میلادی، برای اولین بار پیش گرمکن دوار هوا، یانگستروم را طراحی نمود و یک نمونه ساخته شده آن را به صنعت معرفی نمود. حدود سه سال بعد این مبدل در آمریکا نصب گردید که به تدریج به اهمیت آن پی برده شد. در راستای استفاده صنعتی از این نوع مبدل ضعف ها و مشکلات پیش گرمکن دوار مشخص گردید که با توجه به اهمیت کاری و مزایای این مبدل مطالعاتی در راستای بهبود و بهینه سازی پیش گرمکن دوار صورت گرفت.پیش گرمکن دوار مطالعات ابتدایی بیشتر بر روی اصول کلی انتقال حرارت و عملکرد مبدل ها بود که در سال 1980 میلادی ری [1] *
مطالعه ای مروری در زمینه مبدل گاز به گاز در زمینه بازیابی انرژی حرارتی انجام داد. وی در این مطالعه مبدل های بازیاب دوار را بر اساس انواع و نحوه کارکرد شرح داد و میزان کاربرد و کارآیی آنها را در سطح اروپا و آمریکا بیان نمود و بیان داشت که مزایای مبدل های بازیاب باعث کارکرد روزافزون آنها در صنعت شده است.یک سال بعد از آن وارون [2] مطالعاتی را بر روی یانگستروم به عنوان نوع خاصی از مبدل های بازیاب منتشر نمود. در این مطالعه به اهمیت پیش گرمکن دوار به عنوان یک بازیاب حرارتی از گازهای حاصل از احتراق در افزایش بازده نیروگاه پرداخته شده بود و با استناد به نتایج تجربی نشان داد که حضور بازیاب حرارت در سیکل نیروگاه ها در حداقل بیش از 10 درصد در کاهش مصرف سوخت موثر می باشد. وی همچنین در این مطالعه به اهمیت نشتی و نشت بندها در پیش گرمکن دوار پرداخت و چگونگی کارکرد نشت بندها پرداخت.
اسکیپکو در ادامه و بررسی تجربی بر روی نشتی و فضای خالی بین نشت بندها و ماتریس در یک پیش گرمکن نیروگاهی در لهستان پرداخت. در این مطالعات که طی دو مقاله چاپ گردید 5]و.[6 فضای خالی بین نشت بندها مورد بررسی قرار گرفت و نشان داد که اختلاف حرارتی در نقاط مختلف پیش گرمکن، به علت انبساط حرارتی نامتوازن سبب تغییر اندازه نشت بندها و ماتریس می گردد که بر روی فضای بین نشت بند و ماتریس اثر می گذارد. به همین دلیل فضای خالی در نظر گرفته شده در مناطق گرم بزرگتر از مناطق سرد است. چرا که انبساط در بخش گرم این فواصل را کم نموده و امکان برخورد نشت بند با ماتریس را ممکن می نماید. وی در بررسی های تجربی خود با کمک فاصله سنج هایی مقدار درز بین ماتریس دوار، بدنه و نشت بندها را اندازه گیری نمود که با کاهش این درزها مقدار بازدهی افزایش و جریان عبور از نشت بندها بشدت کاهش یافت.
یک سال بعد در اسکیپکو در مقاله ای دیگر [7] اثر کاهش فاصله بین نشت بندها و ماتریس را مورد بررسی قرار داد. این بررسی ها با استناد به نتایج تجربی همراه بود با کمک ابزارهای آزمایشگاهی از یک پیش گرمکن دوار بدست آمده بودند و افزایش 7 درجه سانتیگرادی در خروجی هوا را نشان می دادند. همچنین با کمک اندازه گیری اکسیژن و دی اکسید کربن به صورت تقریبی نرخ نشتی ها را محاسبه نمود، اگرچه اندازه گیری دقیق مقدار این نشتی ها، بطور مستقیم قابل انجام نبود. همچنین در این مطالعات و بررسی ها مشاهده گشت که نشتی شعاعی و نقش و جایگاه مهمی در نشت کل دارد.
با مروری بر مطالعات پیشین دیده می شود که علیرغم توجه به جزئیات و عملکرد پیش گرمکن دوار هوا، به دلیل پیچیدگی و غیر خطی بودن معادلات استفاده از روش تجربی و روش نیمه-تحلیلی بیشتر مد نظر قرار گرفته است. همچنین به علت هزینه های محاسباتی و زمانی بالا، روش عددی کمتر و به صورت محدود مورد استفاده قرار گرفته است. طبق توضیحات محققین در مطالعات، استفاده از روش های تحلیلی به علت مشکلاتی در حل معادلات غیر خطی دارای محدودیت هایی می باشد که این محدودیت ها در روش های عددی کمتر دیده می شود. از سوی دیگر با پیشرفت قابل ملاحظه روش های عددی و کاهش هزینه های زمانی و محاسباتی روش های حل عددی جریان های سیالات، امروزه استفاده از روش عددی برای مطالعات پیشین، روشی قابل قبول و بهینه می باشد. در مطالعه حاضر هدف در گام نخست شبیه سازی پیش گرمکن دوار و تایید این شبیه سازی با یک نتایج نیروگاهی می باشد.
در ادامه با امکان تغییر بعضی متغیرها می توان اثر بعضی از پارامترها از جمله فضای خالی بین نشت بند و ماتریس، سرعت چرخش ماتریس، ابعاد هندسی و دبی و سرعت جریان های ورودی را بر بازده و عملکرد پیش گرمکن دوار مشاهده نمود. بررسی این پارامترها و اثر آنها دیدی بهتر از عملکرد و راه های دستیابی به بازده بیشتر از این مبدل دوار را پیش رو می گذارد. در نهایت با توجه به آخرین پیشرفت های موجود پیشنهادهای عملی و کاربردی برای بهبود عملکرد پیش گرمکن در زمینه کنترل نشتی و خوردگی ارائه می شود.
