مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه سازی عددی پیش گرمکن بازیاب دوار هوا (ژانگستروم) در نیروگاه بخار با هدف بهینه سازی عملکرد حرارتی

نویسندگان
ایرج فرهادی 1
فرزاد ویسی 2
مسعود میرزاعسگری 3
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
2 دانشیار مهندسی مکانیک دانشگاه رازی کرمانشاه
3 مدیر عامل شرکت مدیریت تولید برق بیستون، نیروگاه بیستون، کرمانشاه، ایران
چکیده
پیش گرمکن بازیاب دوار هوا یکی از تجهیزات اصلی جهت بازیابی انرژی در نیروگاه های بخار می‏باشد. در تحقیق حاضر به مطالعه پیش‏گرمکن هوا (ژانگستروم) در نیروگاه بیستون کرمانشاه با هدف بهینه سازی عملکرد حرارتی آن پرداخته شده است. بدین منظور به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، شبیه‏سازی سه بعدی پیش‏گرمکن دوار هوا برای حل معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی در محیط متخلخل و در مختصات مرجع متحرک انجام شده است. نتایج به دست آمده در تحقیق حاضر با داده‏های واقعی نیروگاه تطابق قابل قبولی دارد. در این تحقیق تاثیر سرعت چرخشی بر کارایی پیش گرمکن هوا در بارها و دبی های جرمی مختلف برای حالت‏های بدون نشتی و با نشتی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که تغییر سرعت چرخشی برکارایی ژانگستروم، در محدوده ی 5/0 تا 4 دور بر دقیقه مؤثر بوده و افزایش بیشتر سرعت، تاثیر محسوسی بر کارایی نخواهد داشت. همچنین مطالعه حاضر نشان داد مقدار نشتی تاثیر قابل ملاحظه ای در کاهش کارایی مبدل در تمام بارها و سرعت های چرخشی دارد. در ادامه به بررسی اثر جنس صفحات ماتریس بر انتقال حرارت در ژانگستروم پرداخته شده است. نتایج نشان داد بهترین عملکرد حرارتی در هر دو حالت بدون نشتی و با نشتی را فولاد ضد زنگ با کمترین نفوذ حرارتی و پائین ترین بازده حرارتی را مس با بیشترین نفوذ حرارتی به خود اختصاص داده است.
کلیدواژه‌ها
پیش ‌گرمکن بازیاب دوار هوا
ژانگستروم
شبیه‌ سازی حرارتی
عملکرد حرارتی
سرعت چرخشی بهینه

عنوان مقاله English

Numerical simulation of rotary regenerative air preheater (Ljungstrom) in steam power plant with the aim of optimizing of thermal performance

نویسندگان English

Iraj Farhadi 1
farzad veysi 2
Masoud Mirzaasgari 3
1 Masters Student in Mechanical Engineering, Faculty of Technical Engineering, University of Razi, Kermanshah, Iran
2 Associate Professor of Mechanical Engineering Department, Faculty of Technical Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
3 Bisotoun Power plant Manager, Kermanshah, Iran
چکیده English

Rotary Regenerative Air Preheater (RRAPH) is one of the main equipments for energy recovery in the steam power plants. In this study, air preheater of the Bisotoun Power Plant of Kerrmanshah has been investigated with the aim of optimizing its thermal performance. So, with Computational Fluid Dynamics (CFD), three-dimensional simulation of the rotary air preheater has performed to solve the continuity, momentum and energy equations in porous medium by using moving refrence frame (MRF) method. The results showed acceptable accuracy in comparison with the experimental results which is achieved from the power plant data. In this research, the effect of rotational speed on the efficiency of air preheater in different loads and mass flow rates for both without and with leakage conditions has investigated. The results showed that the impact of the rotational speed on the performance of RRAPH is noticeable in the range of 0.5 to 4 rpm, and after this increase in speed does not have a significant effect on efficiency. The present study also showed that leakage has a significant effect on reduction of the efficiency of the RRAPH in all loads and rotational speeds. In the following, the effect of matrix material change on the efficiency of RRAPH has investigated. According to the results, for both without and with leakage, the best thermal performance is related to the stainless steel, which has the least thermal diffusivity, also the least thermal performance is related to the copper, which has the highest thermal diffusivity.

کلیدواژه‌ها English

Rotary Regenerative Air Preheater
Ljungstrom
Numerical simulation
Thermal Performance
Optimum Rotational Speed
[1] R. K. Shah, D. P. Sekulic, Fundamentals of Heat Exchanger Design, pp. 3-74, USA John Wiley & Sons, 2003.
[2] P. Worsøe-Schmidt, Effect of fresh air purging on the efficiency of energy recovery from exhaust air in rotary regenerators, International Journal of Refrigeration, Vol. 14, No. 4, pp. 233-239, 1991.
[3] O. Büyükalaca, T. Yılmaz, Influence of rotational speed on effectiveness of rotary-type heat exchanger, Heat and Mass Transfer, Vol. 38, No. 4-5, pp. 441-447, 2002.
[4] O. Büyükalaca, T. Yılmaz, Influence of rotational speed on effectiveness of rotary-type heat exchanger, Heat and Mass Transfer, Vol. 38, No. 4-5, pp. 441-447, 2002.
[5] T. Skiepko, R. K. Shah, A comparison of rotary regenerator theory and experimental results for an air preheater for a thermal power plant, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 28, No. 2, pp. 257-264, 2004.
[6] T. Skiepko, R. K. Shah, Modeling and effect of leakages on heat transfer performance of fixed matrix regenerators, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 48, No. 8, pp. 1608-1632, 2005.
[7] Z. Akhavan Sales, M. M. Shahmardan, M. Hashemian, Heat transfer numerical investigation in preheater (Ljungstrom), Proceeding of the 1st National Conference for Technology Development in Oil, Gas & Petrochemical Industries, pp. 1-11, 2011. (in persian فارسی(
[8] T. J. Sheer, G. B. de Klerk, H. H. Jawurek, M. Lander, A versatile computer simulation model for rotary regenerative heat exchangers, Heat Transfer Engineering, Vol. 27, No. 5, pp. 68-79, 2006.
[9] L. P. Bondurant III, SCR Compatibility for the Ljungstrom Air Preheater, Proceeding of the EPRI-DOE-EPA Air Pollution Control Symposium–The Mega Symposium, pp. 14-22, 1999.
[10] M. Passandideh Fard, M. Ghazikhani, Numerical Simulation of Fluid Flow and Heat transfer in a Rotary Regenerator, Proceeding of The 16th Annual Conference of the CFD Society of Canada, pp. 10-18, 2008.
[11] H. Y. Wang, L. L. Zhao, Z. G. Xu, W. G. Chun, H. T. Kim, The study on heat transfer model of tri-sectional rotary air preheater based on the semianalytical method, Applied Thermal Engineering, Vol. 28, No. 14, pp. 1882- 1888, 2008.
[12] S. Sanaye, S. Jafari, H. Ghaebi, Optimum operational conditions of a rotary regenerator using genetic algorithm, Energy and Buildings, Vol. 40, No. 9, pp. 1637-1642, 2008.
[13] A. Zeinali, H. Eghbali, V. Rafiei, modeling of rotary preheater, Modeling in Engineering, Vol. 17, No. 5, pp. 335-345, 2017. (in persian فارسی(
[14] L. Sphaier, W. Worek, Analysis of heat and mass transfer in porous sorbents used in rotary regenerators, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 47, No. 14, pp. 3415-3430, 2004.
[15] Technical archive of planning and documentation of the bisotoun power plant operations, pp. 576-586, Vol. 1, Iran, 2017. (in persian فارسی(
[16] A. Heidari-Kaydan, E. Hajidavalloo, Three-dimensional simulation of rotary air preheater in steam power plant, Applied Thermal Engineering, Vol. 73, No. 1, pp. 399-407, 2014.
[17] N. Khedher, S. Nasrallah, Three-Dimensional modeling and analysis of a porous thermal energy storage system, Journal of Applied Fluid Mechanics, Vol. 3, No. 2, 2010.
[18] D. A. Nield, A. Bejan, Nield-Bejan, Convection in Porous Media: 3rd Eddition, pp. 27-38, USA, Springer, 2006.
[19] Wilcox, D. C. Turbulence Modeling for CFD, pp. 303-312, DCW Industries, Inc., California., 1993.
[20] J. Driscoll, ASME performance test codes test code for air heaters, USA, 1968.
[21] Paragon Air Heater,
[Online], Accessed on 15 November 2017, http://www.paragonairheater.com
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 3
خرداد 1397
صفحه 291-301