Simulasi 3D Aliran dan Perpindahan Panas Pada Elbow Satu Wing Wall Tube CFB Boiler Dengan dan Tanpa Shield

Siahaan, Daniel Egan Felix (2021) Simulasi 3D Aliran dan Perpindahan Panas Pada Elbow Satu Wing Wall Tube CFB Boiler Dengan dan Tanpa Shield. Undergraduate thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111740000178-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2023. Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Circulating Fluidized Bed Boiler atau CFB Boiler adalah salah satu jenis boiler yang pada pembakarannya dalam furnace, menggunakan menggunakan bed material (material bed yang bersifat inert). Salah satu bed material yang biasa digunakan adalah pasir. Furnace CFB boiler berisi banyak padatan yang tidak dapat terbakar (Non-combustible) yang diangkat dan terperangkap oleh gas pembakaran berkecepatan tinggi yang melewati furnace CFB boiler. Wing wall pada CFB boiler berguna untuk menyerap sebagian panas dari pembakaran dalam Furnace. Wing wall terletak pada bagian samping boiler, dan keluar di bagian atas boiler, sehingga wing wall dapat berperan sebagai evaporator ataupun sebagai superheater. Padatan-padatan yang tidak terbakar dalam furnace menyebabkan erosi pada komponen-komponen CFB boiler seperti water wall, wing wall, cyclone dan bahkan daerah superheater. Faktor-faktor yang menyebabkan erosi ini adalah proses aliran di sekitar permukaan yang terkena erosi, karakteristik padatan penyebab erosi, dan karakteristik ketahanan erosi dari material. Untuk mencegah erosi, salah satu cara yang dilakukan dalam simulasi ini adalah dengan menggunakan erosion shield.
Dalam penelitian ini dilakukan simulasi aliran dan perpindahan panas pada satu wing wall tube CFB boiler dengan dan tanpa erosion shield dengan kecepatan dan temperatur steam dalam tube konstan. Simulasi dilakukan dengan menggunakan Perangkat lunak SOLID WORKS untuk pemodelan geometri, ANSYS MESHING untuk pembuatan mesh dan ANSYS FLUENT 19.1 untuk simulasi aliran fluida. Variasi yang diberikan adalah variasi load 100% dan 75% yang nilainya adalah koefisien perpindahan panas 175W/m2-K dan 160 W/m2-K, dan variasi shield dan no shield. Simulasi di lakukan pada kondisi tekanan 10 MPa. Temperatur inlet steam yang di gunakan pada tube adalah sebesar 593 K. Kecepatan aliran steam yang mengalir didalam tube adalah sebesar 3 m/s. Material tube yang di gunakan adalah steel. Dari simulasi yang dilakukan akan didapatkan data kualitatif dan kuantitatif. Data kualitatif berupa kontur distribusi temperatur dan data kuantitatif berupa nilai Temperatur steam, nilai perpindahan panas, dan resistansi termal beserta grafik perbandingannya.
Hasil simulasi variasi load menunjukkan bahwa temperatur steam selalu menurun seiring dengan menurunnya load. Perbedaan temperatur pada variasi no shield adalah sebesar 1.52% (12.12K) dan pada variasi shield adalah sebesar 1.55% (12.31K). Hasil simulasi dengan variasi shield dan no shield menunjukkan bahwa temperatur steam dalam tube selalu menurun dengan ditambahkannya shield. Pada load 100%, temperatur steam dengan menggunakan shield adalah sebesar 792.03K dan yang tidak menggunakan shield sebesar 793.6K. Pada load 75%, temperatur steam dengan menggunakan shield adalah sebesar 779.7K dan yang tidak menggunakan shield sebesar 781.46K. Sehingga shield dapat digunakan sebagai erosion shield karena perbedaan temperatur fluida tidak berbeda jauh.
===================================================================================================
Circulating Fluidized Bed Boiler or CFB Boiler is a type of boiler which combustion in the furnace uses bed material (inert bed material). One of the bed material that is commonly used is sand. CFB boiler furnace contains a lot of non-combustible solids which are lifted and trapped by high-speed combustion gases passing through the CFB boiler furnace. The wing wall on the CFB boiler is useful for absorbing some of the heat from the combustion in the furnace. The wing wall is located on the side of the boiler, and exits at the top of the boiler, so that the wing wall can act as an evaporator or as a superheater. Unburned solids in the furnace cause erosion of the CFB boiler components such as water walls, wing walls, cyclones and even superheater areas. The factors that cause this erosion are the flow process around the erosion-affected surface, the characteristics of the solids that cause erosion, and the characteristics of the erosion resistance of the material. To prevent erosion, one way to do this in this simulation is to use an erosion shield.
In this study, a simulation of flow and heat transfer was carried out on a CFB boiler wing wall tube with and without an erosion shield with constant velocity and temperature of steam in the tube. The simulation was carried out using SOLID WORKS software for geometry modeling, ANSYS MESHING for mesh making and ANSYS FLUENT 19.1 for fluid flow simulation. The variations given are the load variations of 100% and 75% whose values are the heat transfer coefficient of 175W / m2-K and 160 W / m2-K, and variations of shield and no shield. Simulations are carried out at a pressure of 10 MPa. The steam inlet temperature used in the tube is 593 K. The speed of steam flowing in the tube is 3 m / s. The tube material used is steel. From the simulations conducted, qualitative and quantitative data will be obtained. Qualitative data in the form of temperature distribution contours and quantitative data in the form of steam temperature values, heat transfer values, and thermal resistance along with their comparison graphs.
The simulation results of load variations show that the steam temperature always decreases with decreasing load. The temperature difference in the no shield variation is 1.52% (12.12K) and the shield variation is 1.55% (12.31K). The simulation results with a variety of shields and no shields show that the steam temperature in the tube always decreases with the addition of a shield. At 100% load, the steam temperature using a shield is 792.03K and those without a shield are 793.6K. At 75% load, the steam temperature using a shield is 779.7K and those without a shield are 781.46K. So that the shield can be used as an erosion shield because the difference in fluid temperature does not differ much.

Item Type:	Thesis (Undergraduate)
Uncontrolled Keywords:	CFB boiler, CFD, wing wall tube, erosion shield,CFB boiler, CFD, wing wall tube, erosion shield
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC320 Heat transfer T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ263.5 Boilers (general)
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Daniel Egan Felix Siahaan
Date Deposited:	10 Mar 2021 12:44
Last Modified:	10 Mar 2021 12:44
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/84087

Actions (login required)

View Item