|
|
Vliv konstrukčních parametrů návrhu procesního hořáku na stabilitu a parametry spalovaní
Skryja, Pavel ; Jegla, Zdeněk (oponent) ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Stehlík, Petr (vedoucí práce)
Předložená práce řeší vliv konstrukčních uspořádání na parametry spalování a na stabilitu hoření. Pozornost je věnována známým i novým perspektivním metodám spalování. Důležitou částí práce je vlastní návrhový postup výpočtu injektorového hořáku a zkoušky hořáku s potlačenou tvorbou oxidů dusíku. Práce prezentuje návrh procesního injektorového hořáku s novým způsobem spalování pomocí vírového proudění. Hořák je tvořen dvoustupňovým přívodem spalovacího vzduchu. V prvním stupni je pomocí ejekčního účinku plynného paliva přisáván spalovací vzduch do prostoru směšovače. Druhý stupeň spalovacího vzduchu je přisáván ejekčním účinkem plyno-vzdušné směsi prvního stupně, kde vstřikovací tryska je vybavena vnitřním axiálním vířičem. Spalovací vzduch druhého stupně je do hořáku přiveden radiálním vířičem a do spalovacího prostoru následně axiálním vířičem. Účinky všech tří vířičů se sčítají. Další typ navrženého hořáku je hořák s difuzním plamenem. U tohoto hořáku byl modifikován jednostupňový přívod spalovacího vzduchu za dvoustupňový. Hořák byl testován pro různé nastavení axiálního vířiče a sekundárních trysek. Cílem bylo nalezení klíčových konstrukčních parametrů jak pro dobrou stabilitu plamene, tak pro nízkou tvorbu polutantů. V případě injektorových hořáků, na základě analýzy proudění, se podařilo vytvořit postup konstrukčního uspořádání, kde vírové číslo dosahuje hodnotu kolem 2,6. Pro difuzní hořáky, byly nalezeny konfigurace, které vyhovují jak požadavkům stability hoření, tak snížení emisí, např. ze 70 ppm NOx pro jednostupňové spalování na emise v hodnotě 30 ppm (vztaženo na suché spaliny při 3% O2) pro dvoustupňové spalování. Přínosem práce je aplikace poznatků z oblasti proudění a hoření při návrzích hořáků a dále návrhy nového uspořádání hořáků, které využívají produkty mikrovlnné pyrolýzy, zejména při zpracování biomasy pro energetické účely.
|
|
|
Vliv inertních plynů na charakteristické parametry spalování
Hudák, Igor ; Jegla, Zdeněk (oponent) ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Hájek, Jiří (vedoucí práce)
Dizertační práce se zabývá výzkumem vlivu inertních plynů obsažených v alternativních plynných palivech na parametry spalovacího procesu. Mezi tato paliva patří například generátorový plyn, koksárenský plyn anebo bioplyn. Jejich energetický potenciál zůstával dlouhou dobu nevyužit, protože se z části jednalo o odpadní plyny. V porovnání s ušlechtilým palivem jako je zemní plyn se tyto plyny vyznačují rozdílnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi, zejména nižší výhřevností. Na základě podmínek, které panovaly při jejich vzniku, se jejich složení může v průběhu produkce měnit. Nižší výhřevnost je dána především přítomností inertních plynů, které se přímo nezúčastňují spalování, a teplo spíše odebírají. Za určitých podmínek je tento typ paliva možné spalovat na standardních typech hořáků, ale i tak jejich provoz nemusí být zdaleka bezproblémový. Pro dosažení požadovaného výkonu jako s ušlechtilými palivy je nutné hořákem protlačit mnohem větší množství nízko-výhřevného paliva, což geometrie hořáku nemusí umožnit. Po nezbytném teoretickém úvodu, kde je zhodnocena současná situace v oblasti výzkumu plynných nízko-výhřevných paliv a přidávání inertních plynů do ušlechtilého paliva se práce věnuje problematice tvorby emisí oxidu dusíku (NOx) a shrnuje technologické postupy aplikovatelné na procesních hořácích pro potlačení jejich tvorby. Dále jsou kategorizována paliva z různých alternativních zdrojů, včetně popisu jejich složení a jejich vlastností. V souvislosti s těmito palivy byla vytvořena simulace spalování v bilančním software a byl proveden výpočet fyzikálně-chemických vlastností. Součástí práce je návrh a konstrukce dvou zařízení. Jedním z nich je experimentální směšovací stanice pro přípravu nízko-výhřevných paliv umožňující připravit palivo ze 4 různých plynů. Druhým produktem je hořák na nízko-výhřevná paliva. Nedílnou součástí práce je popis přípravy a vyhodnocení experimentálního měření. V průběhu experimentu byly do zemního plynu postupně přimíchány oxid uhličitý a dusík. Tyto plyny dokázaly snížit výhřevnost paliva až na hodnotu 10,7 MJ/mN3. Postupně byl vyhodnocen vliv inertních plynů na emise NOx, stabilitu a charakteristické vlastnosti plamene, teplotu spalin, teploty v plamenu v horizontální rovině spalovací komory a v neposlední řadě také na tepelné toky do stěny spalovací komory a termickou účinnost. Všechny zmíněné parametry byly postupně vyhodnoceny na třech typech hořáků: hořák se stupňovitým přívodem paliva, hořák se stupňovitým přívodem spalovacího vzduchu a speciálně navržený hořák na nízko-výhřevná paliva. Obecný trend byl takový, že po přidání inertního plynu do paliva dochází ke snížení teplot v plamenu a v důsledku toho i ke snížení koncentrace emisí NOx ve spalinách. Největšího snížení NOx bylo dosaženo po přidání oxidu uhličitého, přidávání dusíku mělo efekt méně výrazný. Ve velké míře však také záleží na konstrukci hořáku. Ve většině případů došlo po přidání inertního plynu do paliva ke zkrácení plamene, s čímž korespondovaly také zjištěné hodnoty tepelných toků, kdy více tepla z horkých spalin bylo do stěn komory přeneseno blíže k hořáku.
|
|
|
Výzkum zařízení pro úpravu mořské vody a další aplikace
Hájek, Zdeněk ; Klemeš,, Jiří (oponent) ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Jegla, Zdeněk (vedoucí práce)
V souvislosti s poměrně rychlým úbytkem zdrojů pitné vody je stále větší zájem zaměřen na odsolování mořské a brakické vody. V budoucnu bude docházet k růstu požadavků na dostatečné množství sladké vody v důsledku zvyšujícího se počtu populace, růstu životní úrovně obyvatel i z důvodu rozšiřování průmyslových a zemědělských činností obyvatelstva. Práce se zabývá aktuální problematikou úpravy mořské vody, a to převážně jejím odsolováním na principu destilace, za účelem vývoje zařízení pro úpravu mořské vody. Záměrem je vyvinutí kompaktního modulového zařízení pro odsolování mořské vody na základě provedení a vyhodnocení experimentálních zkoušek na experimentálním zařízení. Součástí řešení je přehled systémů pro úpravu mořské vody, diskuze konstrukčních a materiálových aspektů, návrh a výroba experimentální jednotky a také konfrontace vypočtených hodnot s výsledky experimentálních měření.
|
|
|
New Elements of Heat Transfer Efficiency Improvement in Systems and Units
Turek, Vojtěch ; Klemeš,, Jiří (oponent) ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Jegla, Zdeněk (vedoucí práce)
Improved heat transfer efficiency leads to decrease in energy consumption which then results in lower equipment operational cost, reduced emissions, and consequently also lower environmental impact. However, common enhancement approaches such as adding fins or tube inserts may not always be suitable or feasible -- especially in case of heat recovery from streams having a high fouling propensity. Since heat transfer rate depends also on flow field characteristics, fluid distribution, and fouling which can all be greatly influenced by the actual shapes of flow system components, several simplified models for fast and accurate enough prediction of fluid distribution as well as applications for shape optimization based on these models were developed. In addition, accuracy of one of the models was further increased by fine-tuning it using data obtained by evaluation of 282 flow systems in the fluid flow modelling software ANSYS FLUENT. The created applications can then be employed during the design of heat exchange units to improve their performance and reliability.
|
|
|
Advanced Methods for Damage Evaluation of Boiler Tube Bundles
Naď, Martin ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Jůza, Zdeněk (oponent) ; Jegla, Zdeněk (vedoucí práce)
This thesis is focused on the application of advanced methods for evaluating damage to boiler tubes, specifically temperature related damage. The aim of this work is to develop an improved damage evaluation procedure utilizing capabilities of modern approaches. This work describes various types of industrial boiler damage. The main focus is on the most exposed and often the most damaged parts of boilers, which are tube bundles (for example, superheaters). Equipment damage is undesirable and often leads to leakages or even to the boiler shutting down. Therefore, it is necessary to find the problem as soon as possible and make the required changes to prevent further damage. The damage types are divided into five categories based on the damage mechanism. Temperature has one of the biggest influences on damage and it may cause short-term or long-term overheating in the tube bundles. This type of damage occurs when the designated temperature is exceeded and results in reduced creep life. It is necessary to know the real surface temperature history of the tube bundle to estimate temperature related damage, however this is often not available. Therefore, it is necessary to calculate those temperatures based on the available data (i.e. inlet and outlet temperatures and pressures). This is real challenge due to the combination of complex flows of the working substances (mainly flue gasses) and heat transfer. Considering available data, new approach is proposed in order to obtain information required for residual creep life estimation. In the first step, thermal – hydraulic calculation is performed followed by a thermal load estimation of a superheater tube bundle in a natural gas fired boiler, using CFD simulations. In the next step, the surface temperature is evaluated and used to determine the temperature related damage, specifically the creep life estimation. The life expectancy is in some ways influenced by imperfections, and therefore at the end of this thesis the influence of the oxide layer on the inner side of tube and fouling on outer side of tube is described.
|
|
| |
|
|
Výpočtový systém pro výběr optimálního způsobu využití energie generované spalovacími procesy
Touš, Michal ; Klemeš,, Jiří (oponent) ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Bébar, Ladislav (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá aplikací simulačních a optimalizačních metod v oblasti energetického využití odpadů a biomasy. V úvodu práce je popsán současný stav v oblasti energetického využívání odpadů a biomasy v ČR i v EU. Další kapitoly pojednávají o přístupu k vytváření matematických modelů zařízení využívaných v předmětné oblasti a jejich aplikaci pro účely simulace a optimalizace. Je poukázáno rovněž na využitelnost stochastických přístupů, které nacházejí své uplatnění při řešení mnoha reálných problémů. Jádro práce spočívá v návrhu systematického přístupu a jeho aplikaci při vytváření simulačních a optimalizačních modelů technologických jednotek z předmětné oblasti. Přístup je demonstrováno na dvou případových studiích. První studie pojednává o tvorbě simulačního modelu s využitím provozních dat reálného zařízení na energetické využití odpadu. Obsahem druhé studie je tvorba optimalizačního modelu a jeho využití při řešení úlohy z oblasti energetického využití biomasy v reálném provozu.
|
|
|
Advanced Methods for Damage Evaluation of Boiler Tube Bundles
Naď, Martin ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Jůza, Zdeněk (oponent) ; Jegla, Zdeněk (vedoucí práce)
This thesis is focused on the application of advanced methods for evaluating damage to boiler tubes, specifically temperature related damage. The aim of this work is to develop an improved damage evaluation procedure utilizing capabilities of modern approaches. This work describes various types of industrial boiler damage. The main focus is on the most exposed and often the most damaged parts of boilers, which are tube bundles (for example, superheaters). Equipment damage is undesirable and often leads to leakages or even to the boiler shutting down. Therefore, it is necessary to find the problem as soon as possible and make the required changes to prevent further damage. The damage types are divided into five categories based on the damage mechanism. Temperature has one of the biggest influences on damage and it may cause short-term or long-term overheating in the tube bundles. This type of damage occurs when the designated temperature is exceeded and results in reduced creep life. It is necessary to know the real surface temperature history of the tube bundle to estimate temperature related damage, however this is often not available. Therefore, it is necessary to calculate those temperatures based on the available data (i.e. inlet and outlet temperatures and pressures). This is real challenge due to the combination of complex flows of the working substances (mainly flue gasses) and heat transfer. Considering available data, new approach is proposed in order to obtain information required for residual creep life estimation. In the first step, thermal – hydraulic calculation is performed followed by a thermal load estimation of a superheater tube bundle in a natural gas fired boiler, using CFD simulations. In the next step, the surface temperature is evaluated and used to determine the temperature related damage, specifically the creep life estimation. The life expectancy is in some ways influenced by imperfections, and therefore at the end of this thesis the influence of the oxide layer on the inner side of tube and fouling on outer side of tube is described.
|
|
|
Vliv konstrukčních parametrů návrhu procesního hořáku na stabilitu a parametry spalovaní
Skryja, Pavel ; Jegla, Zdeněk (oponent) ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Stehlík, Petr (vedoucí práce)
Předložená práce řeší vliv konstrukčních uspořádání na parametry spalování a na stabilitu hoření. Pozornost je věnována známým i novým perspektivním metodám spalování. Důležitou částí práce je vlastní návrhový postup výpočtu injektorového hořáku a zkoušky hořáku s potlačenou tvorbou oxidů dusíku. Práce prezentuje návrh procesního injektorového hořáku s novým způsobem spalování pomocí vírového proudění. Hořák je tvořen dvoustupňovým přívodem spalovacího vzduchu. V prvním stupni je pomocí ejekčního účinku plynného paliva přisáván spalovací vzduch do prostoru směšovače. Druhý stupeň spalovacího vzduchu je přisáván ejekčním účinkem plyno-vzdušné směsi prvního stupně, kde vstřikovací tryska je vybavena vnitřním axiálním vířičem. Spalovací vzduch druhého stupně je do hořáku přiveden radiálním vířičem a do spalovacího prostoru následně axiálním vířičem. Účinky všech tří vířičů se sčítají. Další typ navrženého hořáku je hořák s difuzním plamenem. U tohoto hořáku byl modifikován jednostupňový přívod spalovacího vzduchu za dvoustupňový. Hořák byl testován pro různé nastavení axiálního vířiče a sekundárních trysek. Cílem bylo nalezení klíčových konstrukčních parametrů jak pro dobrou stabilitu plamene, tak pro nízkou tvorbu polutantů. V případě injektorových hořáků, na základě analýzy proudění, se podařilo vytvořit postup konstrukčního uspořádání, kde vírové číslo dosahuje hodnotu kolem 2,6. Pro difuzní hořáky, byly nalezeny konfigurace, které vyhovují jak požadavkům stability hoření, tak snížení emisí, např. ze 70 ppm NOx pro jednostupňové spalování na emise v hodnotě 30 ppm (vztaženo na suché spaliny při 3% O2) pro dvoustupňové spalování. Přínosem práce je aplikace poznatků z oblasti proudění a hoření při návrzích hořáků a dále návrhy nového uspořádání hořáků, které využívají produkty mikrovlnné pyrolýzy, zejména při zpracování biomasy pro energetické účely.
|
|
|
Vliv inertních plynů na charakteristické parametry spalování
Hudák, Igor ; Jegla, Zdeněk (oponent) ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Hájek, Jiří (vedoucí práce)
Dizertační práce se zabývá výzkumem vlivu inertních plynů obsažených v alternativních plynných palivech na parametry spalovacího procesu. Mezi tato paliva patří například generátorový plyn, koksárenský plyn anebo bioplyn. Jejich energetický potenciál zůstával dlouhou dobu nevyužit, protože se z části jednalo o odpadní plyny. V porovnání s ušlechtilým palivem jako je zemní plyn se tyto plyny vyznačují rozdílnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi, zejména nižší výhřevností. Na základě podmínek, které panovaly při jejich vzniku, se jejich složení může v průběhu produkce měnit. Nižší výhřevnost je dána především přítomností inertních plynů, které se přímo nezúčastňují spalování, a teplo spíše odebírají. Za určitých podmínek je tento typ paliva možné spalovat na standardních typech hořáků, ale i tak jejich provoz nemusí být zdaleka bezproblémový. Pro dosažení požadovaného výkonu jako s ušlechtilými palivy je nutné hořákem protlačit mnohem větší množství nízko-výhřevného paliva, což geometrie hořáku nemusí umožnit. Po nezbytném teoretickém úvodu, kde je zhodnocena současná situace v oblasti výzkumu plynných nízko-výhřevných paliv a přidávání inertních plynů do ušlechtilého paliva se práce věnuje problematice tvorby emisí oxidu dusíku (NOx) a shrnuje technologické postupy aplikovatelné na procesních hořácích pro potlačení jejich tvorby. Dále jsou kategorizována paliva z různých alternativních zdrojů, včetně popisu jejich složení a jejich vlastností. V souvislosti s těmito palivy byla vytvořena simulace spalování v bilančním software a byl proveden výpočet fyzikálně-chemických vlastností. Součástí práce je návrh a konstrukce dvou zařízení. Jedním z nich je experimentální směšovací stanice pro přípravu nízko-výhřevných paliv umožňující připravit palivo ze 4 různých plynů. Druhým produktem je hořák na nízko-výhřevná paliva. Nedílnou součástí práce je popis přípravy a vyhodnocení experimentálního měření. V průběhu experimentu byly do zemního plynu postupně přimíchány oxid uhličitý a dusík. Tyto plyny dokázaly snížit výhřevnost paliva až na hodnotu 10,7 MJ/mN3. Postupně byl vyhodnocen vliv inertních plynů na emise NOx, stabilitu a charakteristické vlastnosti plamene, teplotu spalin, teploty v plamenu v horizontální rovině spalovací komory a v neposlední řadě také na tepelné toky do stěny spalovací komory a termickou účinnost. Všechny zmíněné parametry byly postupně vyhodnoceny na třech typech hořáků: hořák se stupňovitým přívodem paliva, hořák se stupňovitým přívodem spalovacího vzduchu a speciálně navržený hořák na nízko-výhřevná paliva. Obecný trend byl takový, že po přidání inertního plynu do paliva dochází ke snížení teplot v plamenu a v důsledku toho i ke snížení koncentrace emisí NOx ve spalinách. Největšího snížení NOx bylo dosaženo po přidání oxidu uhličitého, přidávání dusíku mělo efekt méně výrazný. Ve velké míře však také záleží na konstrukci hořáku. Ve většině případů došlo po přidání inertního plynu do paliva ke zkrácení plamene, s čímž korespondovaly také zjištěné hodnoty tepelných toků, kdy více tepla z horkých spalin bylo do stěn komory přeneseno blíže k hořáku.
|
host ::
RSS.