Estudio termo-mecánico de una caldera de recuperación en dos condiciones de operación límite.

Abstract

En este trabajo de fin de grado se estudian los esfuerzos termo-mec´anicos soportados por un generador de vapor de recuperaci´on de un buque en dos condiciones de operaci´on l´ımite. Se han diferenciado en este generador tres partes: zona de gases de escape, zona del quemador y zona de vapor. En primer lugar, se ha realizado en FreeCAD un modelo simplificado en 3D de toda la caldera, prescindiendo de los accesorios que le son propios y que no aportan nada al estudio termomec´anico. Adem´as, se ha diferenciado el conjunto de la zona del quemador para su estudio por separado. En segundo lugar, se han determinado los par´ametros necesarios para simular dos escenarios cr´ıticos en el funcionamiento de una caldera de recuperaci´on. El primer escenario consiste en considerar el quemador encendido, partiendo de la caldera fr´ıa. En el segundo escenario, el vapor se encuentra a su m´axima presi´on y temperatura cuando se enciende el quemador. Estos par´ametros se han usado en el banco de trabajo FEM, que hace un estudio mediante el m´etodo de elementos finitos, para determinar las deformaciones, esfuerzos y gradientes de temperatura en los elementos simulados. Esto ha permitido hacer un estudio comparativo de los resultados de ambos escenarios.

In this final degree project, the thermo-mechanical stresses endured by a ship’s heat recovery steam generator have been studied under two limit operating conditions. This generator has been divided in three parts: the exhaust gas zone, the burner zone, and the steam zone. Firstly, a simplified 3D model of the entire boiler has been created in FreeCAD, excluding accessories that are not relevant to the thermo-mechanical study. Furthermore, the burner has been disgregated from the whole for it’s individual study. Secondly, the necessary parameters have been determined to simulate two critical scenarios in the operation of a heat recovery boiler. The first scenario consideres the burner igniting from a cold boiler start. In the second scenario, the steam is at its maximum pressure and temperature when the burner is ignited. These parameters have been used in the FEM workbench, which conducts a study using the finite element method to determine deformations, stresses, and temperature gradients in the simulated elements. This has allowed a comparative study of the results of both scenarios.