1. Projektin tavoite

Työssä tehdään kartoitus sopivasta tulistimen mitoituksen lämpötilalisästä ja ehdotuksia siitä miten ko. lisää voisi pitää kohtuullisena. Lisäksi mietitään, onko erilaisilla tulistintyypeillä, niille tyypillisiä eroja.

Vaiheissa I and II kerättiin dataa tehtailta ja tehtiin höyrypuolen mallinnusta. Vaiheen III tavoite on saada parempi käsitys tulistimen pintalämpötilaan vaikuttavista savukaasupuolen tekijöistä, kun verrataan savukaasun virtaussuunnassa ensimmäisen tulistimen ensimmäisiä putkia ja tulistimen sisäosien putkia. Vaihe IV kokoaa yhteen tulokset ja tarkastellaan miten tuloksia hyödynnetään.

Selvitys koostuu neljästä osatyöstä (Vaiheet I–IV), jotka kuvattu alla.

Kyseessä oleva projektiehdotus koskee

Vaihetta III – CFD mallinnus sekä

Vaihetta IV – Miten tuloksia hyödynnetään ja loppuraportti

Vaihe I – datan keräys suomalaisista kattiloista n. 1 vuosi FRBC & LUT

• Kolme esimerkkitehdasta
• Viimeinen tulistin ja savukaasun suunnassa ensimmäinen tulistin
• Dataa ajon aikana myös eri putkista
• Raportointi ja datan analysointi

Vaihe II – rinnakkaisten putkien koon ja lukumäärän vaikutus n. 6 kk LUT

• Laskelmia siitä miten putkimäärä vaikuttaa, tarvittava ruiskutusmäärä?

Vaihe III – CFD mallinnus, ÅA

• Virtausmallinnus perustuen Wisaforestin malliin (ÅA mallitapaus, jota käytetty muissakin SKY projekteissa)
• Lämpövirrat keskellä ja reunoilla (erot)

Vaihe IV – miten tuloksia hyödynnetään, loppuraportti, ÅA & LUT

2. Projektisuunnitelma

2.1. Vaihe III – CFD mallinnus

Tehdään tulipesän ja tulistinalueen CFD mallinnusta, keskittyen savukaasun virtaussuunnassa ensimmäiseen tulistimeen. Työssä hyödynnetään ÅA:n tulipesämallia sekä tulistinmallia (Kuva 1). 3D tulipesämallilla saadaan käsitys savukaasun lämpötilaprofiilista nokalla ja ensimmäiselle tulistimelle tultaessa. 3D malliin lisätään alimalli, joka kuvaa lämmönsiirtoa tulistimille. Tulistinalueen alimallin 2D versio on olemassa, ja jos alimallin 3D version lisäämisessä tai toimivuudessa tulee ylitsepääsemättömiä vaikeuksia, toteutetaan tulistinmallinnus 2D versiolla.

Lämmönsiirtomalli laskee paikallisen lämmönsiirtovuon suuruuden sekä lämpötilaprofiilin savukaasuista höyryyn. Höyryn lämpötila annetaan mallissa joka tulistimelle lähtötietona, ja tulistimessa käytetään höyryn lämpötilasta keskimääräistä vakioarvoa. Lisäksi voidaan tehdä herkkyystarkasteluja lämpövuon ja muiden mallin tulosten riippuvuudesta annettuun höyryn lämpötilaan.

Laskentaa tehdään isolle ja pienelle kattilalle. Yhtenä lähestymistapana on laskea iso ja pieni kattila, niin että näiden välillä on mahdollisimman vähän muita eroja kuin koko. Tällä saadaan käsitys pelkän kattilan koon vaikutuksesta kattilan ja tulistinalueen lämpötilakenttään ja lämmönsiirtoon. Mallitapaukset perustuvat Wisaforest malliin, jota on käytetty muissakin Soodakattilayhdistyksen projekteissa.

Koska todellisuudessa kattilan koon muuttuessa, muuttuu myös usea muu tekijä kattilan suunnittelussa ja ajossa, voidaan laske myös iso ja pieni kattila ottamalla näitä muita tekijöitä huomioon.

Tarkempi suunnitelma laskentakeisseistä tehdään työryhmän kesken. Yhdistettynä Vaiheen III höyrypuolen mallinnukseen, saadaan yhtenäinen kokonaiskuva lämmönsiirrosta, höyryn lämpötilaeroista tulistimessa, sekä tekijöistä, jotka johtavat eroihin ja kuinka lämpötilaerot johtuvat kattilan koosta.

2.2. Vaihe IV – Miten tuloksia hyödynnetään, loppuraportti

Projektin vaiheiden I-III tulokset kootaan yhteen, sekä mietitään mitä tulokset tarkoittavat käytännössä ja miten tuloksia voidaan hyödyntää kattilasuunnittelussa ja mahdollisesti kattilan ajossa.

3. Projektin tekijä(t)

Vaihe III – CFD mallinnus toteutetaan Åbo Akademin toimesta. Työn tekijänä Markus Engblom, tai sopivilta osin joku muu tutkija ÅA:ssa.

LUT-yliopiston kanssa käydään tarpeen mukaan keskusteluja, lähtötietojen osalta tai siitä missä määrin ja miten Vaiheiden I ja II tuloksia mahdollisesti hyödynnetään CFD mallinnuksessa.

Vaihe IV – Miten tuloksia hyödynnetään, loppuraportti toteutetaan yhteistyössä LUT yliopiston ja Åbo Akademin kanssa. Esa Vakkilainen ja Markus Engblom.

4. Projektin kustannukset

Vaiheiden II ja IV osalta kustannuksia vain Åbo Akademin osalta. LUT osalta ei kustannuksia.

Vaihe III: 32 000 €

Vaihe IV: 8 000 €

5. Projektin aikataulu

Vaihe III

1. a) Alku: 1.1.2024
2. b) Valmis 30.6.2024 (alustava)

Vaihe IV

1. a) Alku: 1.8.2024
2. b) Valmis 31.10.2024 (alustava)

   5. Tilanne

Vaihe III

1. Vaiheet III&IV
   a. Hallitus kaipaa vielä lisäperusteluja projektin hyödyllisyydestä yhdistykselle. Esa Vakkilainen ja Markus Engblom toimittavat sihteeristölle perustelut ennen hallituksen kokousta 8.4. Projektin mahdollinen aloitus lykkääntyy suunnitellusta.

6. Aiemmat aiheesta tehdyt työt

1. Vaiheet I ja II