การประยุกต์พลศาสตร์การไหลเชิงคำนวณสำหรับการทำนายอุณหภูมิและความดันลดของก๊าซร้อนเพื่อป้องกันการควบแน่นของไอกรดในระบบเครื่องผลิตไอน้ำแบบกู้คืนความร้อน

Abstract

เครื่องผลิตไอน้ำแบบกู้คืนความร้อน (HRSG) เป็นหนึ่งในอุปกรณ์หลักที่ใช้ในการกู้คืนพลังงานที่สะสมอยู่ในก๊าซร้อนหลังการเผาไหม้ก่อนปล่อยออกสู่บรรยากาศ การป้องกันการกัดกร่อนจากไอกรดเป็นสิ่งสำคัญเพื่อความปลอดภัยและอายุชองHRSG โดยการกัดกร่อนพบที่บริเวณชุดท่อแถวสุดท้ายของHRSG เนื่องจากอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่ต่ำลงและเกิดการควบแน่นของไอกรดที่บริเวณผิวท่อ ดังนั้นจุดประสงค์ของงานวิจัยจึงสร้างแบบจำลองพลศาสตร์การไหลเชิงคำนวณ (CFD) เพื่อศึกษาผลกระทบของการจัดวางท่อและอุณหภูมิผิวท่อด้านใน ที่มีต่ออุณหภูมิและความดันลดของก๊าซร้อนบริเวณผิวของครีบของท่อชุดสุดท้าย โดยใช้แบบจำลองความปั่นป่วน k-ω SST และทำการสอบเทียบค่านัสเซิลส์นัมเบอร์ (Nu) และความดันลดคร่อมชุดท่อกับสหสัมพันธ์ของ ESCOA Nir Næss และ Hofmann ทั้งนี้ ผลการสอบเทียบแบบจำลอง พบว่าผลลัพธ์มีแนวโน้มสอดคล้องกัน มีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 20% สำหรับค่า Nu และมีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 5 mbar สำหรับความดันลด นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิผิวท่อด้านในไม่ผลส่งต่อค่า Nu และความดันลดตกคร่อมชุดท่อ แต่เมื่อเพิ่มอุณหภูมิผิวท่อด้านในส่งผลให้อุณหภูมิเฉลี่ยผิวเพิ่มขึ้นและมีโอกาสเกิดการควบแน่นของกรดน้อยลงโดยเฉพาะด้านหลังของท่อที่มีการถ่ายเทความร้อนต่ำ การเพิ่มระยะห่างของท่อในแนวขวาง พบว่า ค่า Nu และค่าความดันลดของก๊าซร้อนลดลงเนื่องจากมีความเร็วการไหลและการปั่นป่วนลดลง โดยอุณหภูมิผิวครีบมีแนวโน้มลดลงเมื่อเพิ่มระยะห่างในแนวขวาง การเพิ่มระยะห่างของท่อในแนวยาวพบว่า ค่า Nu และค่าความดันลดของก๊าซร้อนลดลง เนื่องจากเป็นการลดความเร็วและการปั่นปวนในการไหล โดยอุณหภูมิผิวท่อมีแนวโน้มลดลงเมื่อเพิ่มระยะในแนวยาว ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงระยะตัดครีบส่งผลให้ค่า Nu และค่าความดันลดของก๊าซคร่อมชุดท่อมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อมีการตัดครีบเต็มอัตราส่วน เนื่องจากเป็นการเพิ่มความปั่นป่วนในการไหล โดยอุณหภูมิผิวท่อมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มอัตราส่วน อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาอุณหภูมิต่ำที่สุดของครีบในแต่ละชุดการทดลอง พบว่าอุณหภูมิต่ำที่สุดมีค่าเท่ากับอุณหภูมิผิวท่อด้านในโดยเฉพาะด้านหลังท่อเนื่องจากมีความปั่นป่วนน้อย