DESIGN REQUIREMENTS FOR DIRECT SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE RECEIVER DEVELOPMENT AND TESTING

This paper establishes the design requirements for the development and testing of direct supercritical carbon dioxide (sCO2) solar receivers. Current design considerations are based on the ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC). Section I (BPVC) considers typical boilers/superheaters (i.e. fired pressure vessels) which work under a constant low heat flux. Section VIII (BPVC) considers pressure vessels with operating pressures above 15 psig 2 bar] (i.e. unfired pressure vessels). Section III, Division I - Subsection NH (BPVC) considers a more detailed stress calculation, compared to Section I and Section VIII, and requires a creep-fatigue analysis. The main drawback from using the BPVC exclusively is the large safety requirements developed for nuclear power applications. As a result, a new set of requirements is needed to perform detailed thermal-structural analyses of solar thermal receivers subjected to a spatially-varying, high-intensity heat flux. The last design requirements document of this kind was an interim Sandia report developed in 1979 (SAND79-8183), but it only addresses some of the technical challenges in early-stage steam and molten-salt solar receivers but not the use of sCO2 receivers. This paper presents a combination of the ASME BPVC and ASME B31.1 Code modified appropriately to achieve the reliability requirements in sCO(2) solar power systems. There are five main categories in this requirements document: Operation and Safety, Materials and Manufacturing, Instrumentation, Maintenance and Environmental, and General requirements. This paper also includes the modeling guidelines and input parameters required in computational fluid dynamics and structural analyses utilizing ANSYS Fluent, ANSYS Mechanical, and nCode Design Life. The main purpose of this document is to serve as a reference and guideline for design and testing requirements, as well as to address the technical challenges and provide initial parameters for the computational models that will be employed for the development of sCO(2) receivers.

Erosion-corrosion of mild steel in a temperature gradient

Thinning of heat-exchanger tubes by erosion-corrosion has been a problem in fluidized bed combustors (FBCs), particularly at lower metal temperatures where thicker, mechanically protective oxide scales are unable to form. Many laboratory-scale tests have shown a decrease in material loss at higher temperatures, in a similar manner to FBC boilers, but also show a decrease in wastage at low temperatures (e.g. 200°C) which has not been detected in boilers. It has been suggested that this difference is due to laboratory tests being carried out isothermally whereas in a FBC boiler the fluidized bed is considerably hotter than the metal heat exchanger tubing. In this laboratory study the simulation was therefore improved by internally cooling one of the two low carbon steel specimens. These were rotated in a horizontal plane within a lightly fluidized bed with relative particle velocities of 1.3-2.5 m s-1. Tests were carried out over a range of bed temperatures (200-500°C) and cooled specimen surface temperatures (115-500°C), with a maximum temperature difference between the two of 320°C. Although specimens exposed isothermally still showed maximum wastage at intermediate temperatures (about 350°C), those which were cooled showed high levels of wastage at temperatures as low as 200°C in a similar manner to FBC boilers. Cooling may modify the isothermal erosion-corrosion curve, causing it to broaden and the maximum wastage rate to shift to lower temperatures. © 1995.

Wastage of low alloy steels in a fluidized bed environment

The wastage behaviour of four low alloy steels, suitable for use as evaporator tubing in industrial atmospheric fluidized bed combustors (AFBCs), was examined in a laboratory-scale test rig. Specimens exposed in the test apparatus experienced a high flux of impacts at low particle velocities similar to conditions in a FBC boiler. The influence of time, velocity and temperature on the wastage behaviour was examined and incubation times and velocity exponents were determined and their values discussed. Since high-temperature oxidation played an important role in this process, the short-term oxidation rate of each of the steels was measured. The mechanisms of material loss across the temperature range were discussed and the behaviour of the low alloy steels in the current work was compared with that of high alloy and stainless steels in earlier studies. © 1995.

气脉冲除灰技术燃烧和除灰过程研究

中国电站锅炉燃用大量的未经洗选的劣质煤，导致严重的锅炉积灰问题，尤其是125-600MWe的大型锅炉的回转式空气预热器堵灰更加严重。积灰不仅使锅炉热效率下降，而且堵塞烟气流道，影响了锅炉的正常运行。已有的各种除灰器都有较大的局限性。中国科学院力学研究所燃烧研究实验室根据我国国情开发出了燃烧气脉冲除灰技术，并在30多台大型电站锅炉应用取得了很好的效果。为了理解气脉冲除灰的工作过程，掌握运行规律，解释应用中出现的问题，以提高技术水平和开发新产品，尚需对气脉冲除灰的燃烧和除灰过程做更深入的研究。本论文工作针对燃烧气脉冲除灰技术在实际使用中提出的问题，开展了实验室研究。主要研究了乙炔、水煤气、液化石油气和甲烷四种燃料在气脉冲实验装置中的火焰传播情况和压力波形。研究了混合比、阻塞比和出口截面比对火焰速度和压力峰值的影响。在现有点火条件下找到了在静止混合气体中四种燃料的贫点火极限和乙炔在有一定流速时的贫点火极限；比较了燃烧室内乙炔空气混合物静止时和有一定流速时的爆炸压力峰值。初步搞清了各种因素对火焰速度和压力波形的影响，实验结果对实际应用有指导作用。为了理解火焰传播和压力波形之间的关系，用燃烧室内压力均匀的简化模型，计算了压力波形并且与实验结果进行了对照，由此推算了湍流燃烧速度并探讨了各种因素对它的影响。用考虑了管内有压力波传播的一维简化模型，计算了火焰传播过程中燃烧室两端的压力波形和火焰面前后的气流速度，以及不同时刻的燃烧室内气体流速分布。估算了气流剪切力的量级，进行了模拟积灰的气脉冲对比实验，测量了同一气脉冲条件下两种厚薄不同板的振动加速度值及其随时间和空间的衰减情况。还得到了压力在空间的衰减变化情况。定性地研究了积灰脱落机理，初步认为：对于粘结灰只有振动才有效，气流的剪切不能除去粘结灰。

Análisis del proceso de Friction Drilling: Análisis de la calidad de la junta atornillada

[ES]En el presente trabajo, se pretende optimizar la unión atornillada de chapas de dos materiales disimilares (acero y aluminio) mediante un proceso no convencional, el taladrado por fricción. Dicho proceso está orientado a la calderería fina, sector en el cual tiene gran número de aplicaciones. Se comenzará con una serie de ensayos iníciales y se procederá a realizar pruebas sistemáticas. Se realizarán mediciones de temperaturas, momentos torsores y fuerzas, y se analizaran las tolerancias dimensionales generadas por el proceso para la elección de los parámetros óptimos. El documento se centrará en analizar de forma teórica el comportamiento mecánico de la unión y de los ensayos de tracción correspondientes. Esto servirá para realizar los futuros ensayos de calidad y posteriormente comparar los resultados con los de las uniones convencionales.

Amaia Arranzen exebizitzaren ziurtagiri energetikoa eta hobekuntza neurriak

[EU]Gaur egun, 2010/31/UE legearen arabera eraikinen ziurtagiri energetikoa derrigorrezkoa da izatea eraiki, alokatu eta saldu nahi diren etxebizitzentzako. Ziurtagiriarekin, etxebizitzak ingurugiroa zenbat kutsatzen duen adierazten du letren arabera, hau da, zenbat CO2 igortzen duen. Lan honetan, CE3X programa erabili da kalifikazio energetikoa lortzeko horretarako, etxebizitzaren datuak, inguratzaile termikoaren datuak, instalazioen karakteristikak eta kolektore termikoen datuak sartu dira. Honekin, E letra lortu da baina, fatxadan isolamendua kanpotik jarriz eta kondentsazio galdara bat jarriz kalifikazioa C letraraino hobetu egin da. Ondorioz, aplikatutako neurriak onak dira letra asko hobetu baita eta eraikina efizienteagoa bihurtu baita.

Guía de diseño de un edificio de bajo consumo energético

[ES]Comparativa de las alternativas disponibles para la construcción de un edificio, con el objetivo de optimizar el diseño disminuyendo las pérdidas de energía. De los distintos tipos de construcciones posibles, la investigación se centra en una vivienda unifamiliar. El trabajo aborda, por una parte, el diseño de la envolvente de la vivienda con las técnicas eficientes y los materiales mejor ajustados a la zona de edificación; y por otra, la selección del sistema de calefacción y de agua caliente sanitaria (ACS). Se opta por bloques de tierra comprimida, aislante de celulosa y enlucido de arcilla para las paredes, así como por una caldera de pellets para el sistema de calefacción y una instalación de energía solar térmica para el ACS.

Análisis exergético de una planta de microcogeneración mediante maci de 5 kw eléctricos para la producción de ACS en un edificio de viviendas

[ES]El presente trabajo consiste en el análisis exergético de una planta experimental con microcogeneración diseñada para satisfacer la demanda de agua caliente sanitaria de un bloque de viviendas. El ACS la generan una caldera con producción de energía térmica variable y una unidad de microcogneración que produce 5 kW eléctricos y 12 kW térmicos. El análisis exergético que se realiza en el trabajo permite determinar la eficiencia del uso que se hace del combustible, y compararla con la de una planta convencional.

Proyecto técnico-económico para la rehabilitación energética de edificios

[ES]El proyecto consiste en analizar un edificio cualquiera, situado en la zona norte de la península, que necesita una rehabilitación energética. Se estudian todos los posibles elementos por los que hay mayores pérdidas de energía: ventanas, fachada, tejado, iluminación y caldera. A continuación, se desarrollan unas propuestas de mejora para reducir estas pérdidas y se realiza el presupuesto de la inversión que debe hacer el cliente, así como la rentabilidad del proyecto. Una vez terminado el estudio, se llevarían a cabo las obras, logrando un edificio eficiente y rentable energéticamente.

Certificación energética de la vivienda de Ekaitz Roldán y proyecto de posibles mejoras

[ES]Mediante este trabajo se tiene como objetivo la obtención de la calificación energética de la vivienda de Ekaitz Roldán, así como un análisis de posibles mejoras. Para obtener la certificación se usará la herramienta informática CE3X, que se vale de métodos simplificados para conseguirla. Se estudiarán diversos caminos para mejorar el resultado obtenido, existiendo predilección por la actuación sobre las instalaciones térmicas, principalmente sobre la caldera. Mejoras sobre la arquitectura de la casa no se contemplan en principio por ser una casa de relativamente nueva construcción. Se ha obtenido una calificación final de 28,7 (E), y sustituyendo el equipo de agua caliente sanitaria y calefacción por uno que use biomasa como combustible se ha logrado mejorar a 1,3 (A).

Instalaciones energéticas en edificios. viabilidad de las pilas de combustible en edificios de viviendas.

[ES]El siguiente proyecto analiza la viabilidad energética y económica que supone la instalación de una tecnología de pilas de combustible como cogeneración en una vivienda unifamiliar en Madrid. Al mismo tiempo, se compara dicha instalación con otra más desarrollada como es la combinación entre una caldera de condensación y la red eléctrica.

Emprego da energia solar para pré-aquecimento de água de reposição de caldeira.

Apresenta-se uma avaliação técnico-econômica para o préaquecimento solar da água de reposição em caldeiras de sistemas de vapor abertos. São empregados, para compor um estudo de caso, os dados de uma indústria de laticínios de médio porte situada próximo da cidade do Rio de Janeiro. Quarenta e oito simulações computacionais do sistema de aquecimento solar (SAS) foram realizadas em TRNSYS, correspondendo aos 5% melhores resultados econômicos de uma série de 2.700 simulações mais simples (método φ-f-chart), programados em MATLAB. Foram empregados dados horários de ano típico meteorológico (TMY) para a cidade do Rio de Janeiro. O ganho econômico foi baseado no consumo evitado dos três combustíveis mais comuns na indústria de laticínios, enquanto o custo de investimento foi composto a partir de valores comerciais e da literatura. Os resultados da avaliação econômica mostraram-se desfavoráveis para a substituição de óleo combustível, favoráveis no caso de caldeiras a gás natural, condicionado a existência de subsídios, e bem competitivos para a substituição de GLP. A eficiência térmica do sistema mostrou ser o parâmetro técnico chave para o desempenho econômico, consequentemente, uma vez que a eficiência se mostrou inversamente proporcional tanto ao volume do reservatório quanto à área de coletores, não há uma configuração ótima para o sistema. Não obstante, os resultados permitiram a proposição de políticas públicas para incentivar o uso da energia solar na indústria leiteira e, consequentemente, contribuir para a preservação ambiental.

Estudo do Controle das Emissões de poluentes em Caldeira Aquatubular de alta pressão com Queimadores Convencionais, Abordagem da Eficiência Versus Custo do Dano.

As emissões atmosféricas têm sido consideradas por especialistas, poder público, iniciativa privada e organizações ambientalistas, um dos maiores impactos ambientais que o planeta vem enfrentando. Neste contexto estão tanto as fontes estacionárias quanto as fontes móveis. Ao mesmo tempo em que se lançam na atmosfera milhões de toneladas de poluentes a cada ano através da indústria, o homem procura soluções alternativas através de fontes de energia limpa. Adicionalmente, procura-se ao diminuir as emissões das fontes fixas exercer melhor controle e tratamento. Apresenta-se nesse trabalho, a possibilidade da implementação de ações que visem minimizar o impacto causado pelas caldeiras geradoras de energia, em especial as que operam com queimadores convencionais. Experimentou-se um procedimento capaz de ser utilizado de imediato pelas indústrias, antes mesmo de se implementar inovações tecnológicas, que demandam tempo e recursos. Desta forma, pode-se reduzir, de maneira imediata, o volume de poluentes lançados diariamente na atmosfera, em especial o monóxido de carbono, CO, os óxidos de nitrogênio, NOx, e o material particulado, MP. Objetivou-se atingir um nível de emissões capaz de minimizar o custo do dano, sem perder a eficiência da combustão. Apresenta-se ainda a base metodológica de um modelo, utilizando-se a lógica difusa, como forma de se obter um controle e confiabilidade na gestão das emissões.

Hybrid model predictive control applied to switching control of burner load for a compact marine boi

This paper discusses the application of hybrid model predictive control to control switching between different burner modes in a novel compact marine boiler design. A further purpose of the present work is to point out problems with finite horizon model predictive control applied to systems for which the optimal solution is a limit cycle. Regarding the marine boiler control the aim is to find an optimal control strategy which minimizes a trade-off between deviations in boiler pressure and water level from their respective setpoints while limiting burner switches.The approach taken is based on the Mixed Logic Dynamical framework. The whole boiler systems is modelled in this framework and a model predictive controller is designed. However to facilitate on-line implementation only a small part of the search tree in the mixed integer optimization is evaluated to find out whether a switch should occur or not. The strategy is verified on a simulation model of the compact marine boiler for control of low/high burner load switches. It is shown that even though performance is adequate for some disturbance levels it becomes deteriorated when the optimal solution is a limit cycle. Copyright © 2007 International Federation of Automatic Control All Rights Reserved.

Design and Operation of A 5.5 MWe Biomass Integrated Gasification Combined Cycle Demonstration Plant

The design and operation of a 5.5 MWe biomass integrated gasification combined cycle (IGCC) demonstration plant, which is located in Xinghua, Jiangsu Province of China, are introduced. It is the largest complete biomass gasification power plant that uses rice husk and other agricultural wastes as fuel in Asia. It mainly consists of a 20 MWt atmospheric circulating fluidized-bed gasifier, a gas-purifying system, 10 sets of 450 kW(e) gas engines, a waste heat boiler, a 1.5 MWe steam turbine, a wastewater treatment system, etc. The demonstration plant has been operating since the end of 2005, and its overall efficiency reaches 26-28%. Its capital cost is less than 1200 USD/kW, and its running cost is about 0.079 USD/kWh based on the biomass price of 35.7 USD/ton. There is a 20% increment on capital cost and 35% decrease on the fuel consumption compared to that of a 1 MW system without a combined cycle. Because only part of the project has been performed, many of the tests still remain and, accordingly, must be reported at a later opportunity.