Model symulacyjny oraz obliczenia wysokotemperaturowego wymiennika ciepła dedykowanego do pracy w układzie mikrokogeneracyjnym

• Autorzy: Król Marcin

Warianty tytułu

EN

Simulation model and calculation of high temperature shell and tube heat exchanger dedicated to work in microcogeneration

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kogeneracja jest to proces zamiany energii chemicznej paliwa na energię mechaniczną, elektryczną, ciepło bądź chłód realizowaną w jednej maszynie lub w zespołach maszyn wzajemnie połączonych ze sobą. Proces ten może być realizowany w dużej skali w konwencjonalnych układach skojarzonych lub w małej lokalnej skali zwanej mikrokogeneracją. Jedną z technologii mikrokogeneracyjnych są układy oparte na silnikach spalinowych. W silnikach istnieje wiele źródeł ciepła, lecz głównie jest to ciepło niskotemperaturowe.W ramach pracy opracowano model obliczeniowy symulujący pracę wymiennika ciepła. Opisano metody obliczeniowe stosowane do szacowania współczynników przenikania ciepła oraz strat ciśnienia. Uzyskano wyniki obliczeń dla stanu nominalnego. Przeprowadzono studium przypadku dla: zmiennych wariantów geometrycznych (zmiana szyku, zmiana średnicy rur, zmiana średnicy płaszcza, zmiana ilości przegród poprzecznych), zmienionego rodzaju paliwa oraz przy zmieniającym się punkcie pracy silnika spalinowego. Uzyskano parametry geometryczne wymiennika do pracy w układach mikrokogeneracyjncyh o niskiej mocy–średnica płaszcza wyniosła 220mm, długość wymiennika 853 mm, liczba rur 87. Wymiennik będzie pracował w zakresie mocy 5-6,5 kW co odpowiada zakresowi regulacji silnika spalinowego. Dodatkowo przeanalizowano możliwości regulacji instalacji pod kątem przepływającego glikolu, dla zachowania stałego przyrostu temperatury w wymienniku. Instalację należy regulować w przedziale 12-18kg/min.

EN

Cogeneration is the conversion process of fuel chemical energy into mechanical, electric, heat or cool produced in one machine or in group with connection between them. This process can be conducted in the large scale in classic CHP units or in the small local scale which is known as microcogeneration. One of microcogeneration technologies are systems based on internal combustion engines. There are various sources of utility heat, but significant amount of them are low temperature heat. In this thesis mathematical model dedicated to simulation heat ex-changer work was created. Calculations used to estimate convective heat transfer coefficient and pressure loses were described and results in nominal state were obtained. Furthermore afew case studies which took under consideration:variable geometrical parameters (pattern change, change of pipe diameter, change of shell diameter, various baffle number), various fuel type andwere conductedin engine different working conditions.Typical parameters for shell and tube dedicated for low power microcogeneration has been obtained–for shell diameter 220 mm, for heat exchanger length 853, and amounts of pipes 87. Heat Exchanger will be working in power range 5-6,5 kW, what is connected with engine regulation range. Additionally regu-lation perspective has been analyzed, when constant temperature growth is needed installation should be regulated in range 12-18 kg/min.

Słowa kluczowe

PL

wymiennik ciepła; mikrokogeneracja; obliczenia cieplne

EN

heat exchanger; microcogeneration; thermal calculations

• Wydawca: Instytut Techniki Cieplnej, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Śląska
• Czasopismo: Archiwum Instytutu Techniki Cieplnej
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 5
• Strony: 63--89
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Król Marcin

• Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Zbiór aktów prawnych, Ustawa Prawo Energetyczne, 10 kwietnia 1997 r.
• [2] Ceny układów kogeneracyjncyh, Techmekohttp://www.techmeko.pl/uploads/files/CENNIK_TOTEM_MENERGO_v2.pdf, dostęp 24.06.2018
• [3] Kalkulator cen układów mikrokogeneracyjncyh, GHP-POLANDhttp://www.ghp-poland.com/kalkulator.html#result, dostęp 24.06.2018
• [4] Katalog układów kogeneracyjnych, Epssystemhttps://epssystem.pl/nowa-oferta/kogeneracja/, dostęp 24.06.2018
• [5] J. Szargut, A. Ziębik, Podstawy energetyki cieplnej, Wydawnictwo WNT, Warszawa (2000)
• [6] Definicja i opis technologii MCHP XRGI, Art-Klima,https://www.art-klima.pl/mikro-kogeneracja-xrgi-9, dostęp 24.06.2018
• [7] J. Skorek, J. Kalina, Gazowe układy kogeneracyjne, Wydawnictwo WNT, Gliwice (2005)
• [8] V. Panadiyarajan, M. C. Pandin, E. Malan, R. Velraj, R.V. Seeniraj, Experimental investigation on heat recovery from diesel engine exhaust using finned shell and tube heat exchanger and thermal storage system,Applied Energy (2011) , 88:77-86
• [9] H. Hajabdollahi, M. Nederi, S. Adimi, A comparative study on the shell and tube and gasket-plate heat exchangers: The economic viewpoint, Applied Thermal Engineering(2016) , 02:271-282
• [10] E. Segundo, A.L. Amoroso, V. Cocco, L.S. Coelho, Economic optimization design for shell-and-tube heat exchangers by a Tsallis differential evolution, Applied Thermal Engi-neering(2017) , 111:143-151
• [11] G. Zhou, L.Y. Zhu, H. Zhu, S. Tu, J.J. Lei, Prediction of temperature distribution inshell-and-tube heat exchangers, Energy Procedia(2014), 61:799-802
• [12] S. Shinde, U. Chavab, Numerical and experimental analysis on shell side thermo-hy-draulic performance of shell and tube heat exchanger with continuous helical FRP baffles, Thermal Science and Engineering Progress(2018), 5:158-171
• [13] H. Haitao, L. Zhancheng, Z. Feilong, C. Song, D. Guoliang, Z. Dawei, Optimization oftube bundle arrangement for flooed shell-and-tube exaporator, Energy Procedia (2017), 142:3799-3804
• [14] X. Wang, N. Zheng, Z. Liu, W. Liu , Numerical analysis and optimization study onshell-side performances of a shell and tube heat exchanger with staggered baffles, Inter-national Journal of Heat and Mass Transfer(2018), 123:247-250
• [15] B. Du, Y. He, Y. Qiu, Q. Liang, Y. Zhou, Investigation on heat transfer characteristics of molten salt in a shell-and-tube heat exchanger, International communications in Heat and Mass Transfer(2018) , 96:61-68
• [16] S. Seddegh, S.M. Therani, X. Wang, F. Cao, R.A. Taylor, Comparison of heat transfer between cylindrical and concial vertical shell-and-tube latent heat thermal energy storage systems, Applied Thermal Engineering (2018), 130:1349-1362
• [17] G. Przybyła, Studium stosowania biopaliw gazowych do zasilania silników spalino-wych. Monografia 575, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice(2015), ISBN 978-83-7880-316-4.
• [18] S. Kakac, H. Liu, Heat exchangers: selection,rating and thermal design, CRC Express, Florida(2002)
• [19] J. Primo, Shell and tube heat exchangers, PDH Center, Waszyngton (2010)
• [20] J. E. Edwards, Design and rating shell and tube exchangers, P & I Design, Teesside UK (2010)
• [21] Section 5.4 Shell-and-tube heat exchanger corrected Western Michigan Universityhttp://homepages.wmich.edu/~leehs/ME539/Section%205.4%20Shell-and-tube%20heat%20exchanger_corrected.pdf, dostęp 24.05.2018.
• [22] Katalogi pomp Danfoss, Danfoss, http://www.lfp.com.pl/info/katalog, dostęp 24.06.2018

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).