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Type: Tese
Title: Avaliação de eficiência e desempenho de uma caldeira de recuperação de calor via simulações computacionais fora do ponto de projeto
Author(s)/Inventor(s): Silva, Priscila Ribeiro Santoro
Advisor: Leiroz, Albino José Kalab
Co-advisor: Cruz, Manuel Ernani de Carvalho
Abstract: Uma caldeira de recuperação de calor sem queima suplementar, inserida no contexto da geração de energia elétrica, foi simulada nesta tese. Foram elaborados alguns casos que serão comparados com o caso base, que representa as condições operacionais da caldeira. Para descrição do problema relatado, foram consideradas as equações da continuidade, da conservação de quantidade de movimento e da energia, além das equações do modelo de turbulência 𝑘 − 𝜀, do modelo de transferência de calor 𝜀 − 𝑁𝑈𝑇 e da abordagem de meio poroso para representar o conjunto de tubos. O programa utilizado para solução do conjunto de equações foi o Ansys Fluent, versão 18.0. As condições estudadas fora do ponto de projeto foram: 1) Variação de carga (redução e aumento da vazão dos gases exaustos); 2) Incrustação nas paredes dos tubos dos evaporadores; 3) Corrosão em tubos (tamponamento parcial e total dos mesmos); 4) Restrição de passagem de gás por frestas laterais; 5) Escoamento de gás nas zonas inativas da caldeira, ou seja, regiões onde não ocorre a troca térmica entre o gás e a água. Os casos que consideraram o desvio do gás para os alçapões superior e inferior e para as passagens laterais apresentaram maior impacto na eficiência do gerador de vapor. Os resultados mostraram a redução da eficiência do gerador de vapor de 93%, quando não há passagem de gás através das áreas inativas ou pelas frestas laterais, para 48% quando os desvios do gás são presentes. Além desses resultados, a redução da vazão de gás exausto na entrada da caldeira diminui a eficiência de 86% (Caso Base) para 71% e o tamponamento total do economizador de baixa pressão reduz a eficiência para 73%.
Abstract: A heat recovery boiler without supplementary burning, inserted in the context of electricity generation, was simulated in this thesis. Some cases have been elaborated that will be compared with the base case, which represents the operational conditions of the boiler. For description of the reported problem, were considered the equations of continuity, conservation of amount of movement and energy, as well as the turbulence model equations 𝑘 − 𝜀, the heat transfer model 𝜀 − 𝑁𝑈𝑇 and the porous media approach to represent the set of tubes. The program used to solve the set of equations was Ansys Fluent, version 18.0. The conditions studied outside the design point were: 1) Load variation (reduction and increase in exhaust gas flow); 2) Fouling on the walls of the evaporator tubes; 3) Corrosion in tubes (partial and total plugging); 4) Restriction of gas flow through lateral passages; 5) Gas flow in the boiler’s inactive areas, that is, regions where there is not termal exchange between gas and water. The cases that considered the deviation of the gas to the trapdoors (upper and lower openings) and to the lateral passages had a greater impact on the efficiency of the steam generator. The results showed a reduction in the efficiency of the steam generator from 93%, when there is no gas passing through the inactive areas or through the lateral passages, to 48% when the gas deviations are present. In addition to these results, the reduction in exhaust gas flow at the boiler inlet reduces efficiency from 86% (base case) to 71% and the total plugging of the low pressure economizer reduces efficiency to 73%.
Keywords: Eficiência
Ansys fluente.
Subject CNPq: Engenharia Mecânica
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Jul-2020
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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