ANALIZA PROMJENE VRIJEDNOSTI KOEFICIJENTA PRENOSA TOPLOTE U REKUPERATIVNIM RAZMJENJIVAČIMA TOPLOTE

1. ANALIZA PROMJENE VRIJEDNOSTI KOEFICIJENTA PRENOSA TOPLOTE U REKUPERATIVNIM RAZMJENJIVAČIMA TOPLOTE Milisav Lalović, Žarko Radović Univerzitet Crne Gore, Metalurško-tehnološki fakultet Podgorica

2. Uvod • Rekuperacija toplotesmatra se jednim od najefikasnijih metoda iskorišćenja toplote izlaznih gasova metalurških peći. • Povišenje temperaturnog nivoa vazduha utiče na porast temperature pećne atmosfere, ubrzava proces gorenja i poboljšava uslove razmjene toplote u radnom prostoru peći. • U ovom radu je prikazan dio rezultata izučavanja osnovnih veličina procesa prenosa toplote u metalnom rekuperatoru sa cijevima i parametara koji utiču na promjenu njihovih vrijednosti. • Cilj radaje analiza promjene vrijednosti ukupnog koeficijenta prenosa toplote u protusmjernom rekuperatoru, kao osnovne veličine koja određuje uslove rekuperativne razmjene toplote.

3. Polaznipodacizaproračun • Rezultati, dobijeni eksperimentalno i računski, odnose se na uslove rada • peći za zagrijavanje čeličnih gredica prije tople plastične prerade. • Peć je kontinuiranog dejstva, ložena teškim tečnim gorivom, za čije se • sagorijevanje koristi predgrijani i kiseonikom obogaćeni vazduh. • Radni uslovi procesa sagorijevanja određeni su: • hemijskim sastavom goriva (84,719 % C; 12,375 % H; 1,541 % S; 0,517 % O; • 0,219 % N; 0,029 % A; 0,6 % W) • donjom toplotnom moći radnog goriva (41560,916 kJ/kg) • koeficijentom viska vazduha (λ=1,00 – 1,20) • stepenom obogacenja vazduha (21 – 30% O2) • temperaturom predgrijavanja vazduha (100 - 500 oC) • početna temperatura vazduha je to = 20 oC • temperaturom gasova ispred rekuperatora (td(u) = 600 - 1300 oC) i • na izlazu iz rekuperatora (td(i) = 300 – 1000 oC) • protok dimnih gasova(nosioci toplote)je konstantna veličina (Vd = 3,157 m3/s); • površina razmjene toplote, A= const = 84,253 m2.

4. Rezultati • Kod protusmjerne šeme strujanja u rekuperatoru, ukupno razmijenjena • količina toplote (q) može se odrediti izrazom: q = KΔtsr A • Δtsr je srednja logaritamska temperaturna razlika, a određuje se kao: Δtsr = • Srednja logaritamska temperaturma razlika, za protusmjernu šemu strujanja fluida u rekuperatoru, zadaje se u obliku:

5. Rezultati • Za određivanje Δtsr, potrebno je poznavati vrijednosti četiri • temperature: • ulazna temperatura toplog fluida (td(u)); • izlazna temperatura toplog fluida (td(i)); • ulazna temperatura hladnog fluida (to); • izlazna temperatura hladnog fluida (tv). • Koeficijent prenosa toplote u rekuperatoru određuje se kao f-ja Δtsr i q, za konstantnu vrijednost veličine A: K = • Razmijenjena količina toplote određuje se iz jednačine toplotnog bilansa rekuperatora: q = (100-qgub)·10 -2 Vd (td(u) – td(i)) = Vv (tv – to)

6. Grafički prikaz rezultata Sl. 1.Količina toplote koja se predaje vazduhu kao funkcija temperature toplog fluida ispred rekuperatora i iza rekuperatora λ = 1,18; v(O2) = 24 %

7. a) b) Sl. 2. Srednja logaritamska temperaturna razlika kao funkcija: a) konačne temperature vazduha, pri različitim vrijednostima td(u) b) temperature toplog fluida ispred rekuperatora, pri različitim vrijednostima tv λ = 1,18; v(O2) = 24 %; td(i) = 500 oC

8. b) a) Sl. 3. Temperatura predgrijavanja vazduha kao funkcija a) temperature toplog fluida na izlazu iz rekuperatora (iza rekuperatora) b) tempearture toplog fluida na ulazu u rekuperator (ispred rekuperatora) λ =1,12, v(O2)=24 %

9. a) b) Sl. 4. Zapreminski protok vazduha koji se predgrijava kao funkcija: a) konačnetemperature vazduha(tv) b) temperature toplog fluida na ulazu u rekuperator (ispred rekuperatora, td(u)) λ = 1,18; v(O2) = 24 %; td(i) = 300oC

10. b) a) Sl. 5. Zapreminski protok toplog fluida kao funkcija: a) temperature toplog fluida na ulazu u rekuperator (ispred rekuperatora, td(u)) b) konačne temperature (predgrijanog) vazduha (tv) λ = 1,18; v(O2) = 24 %; td(i) = 300oC

11. b) a) Sl. 6. Promjene vrijednosti koeficijenta prenosa toplote sa promjenom: a) konačne temperature vazduha (tv) b) temperature toplog fluida ispred rekuperatora (td(u)) λ = 1,18; v(O2) = 21 %; td(i) = 300oC

12. a) b) Sl. 7. Promjene vrijednosti koeficijenta prenosa toplote sa promjenom: a) konačne temperature toplog fluida (td(i)) b) temperature toplog fluida ispred rekuperatora (td(u)) λ = 1,18; v(O2) = 21 %; tv= 100oC

13. a) b) Sl. 8. Promjene vrijednosti koeficijenta prenosa toplote sa promjenom: a) konačne temperature vazduha (tv) b) konačne (izlazne) temperature toplog fluida (td(i)) λ = 1,18; v(O2) = 21 %; td(u)= 1100oC

14. Sl. 9.Promjena vrijednosti koeficijenta prenosa toplote sa promjenom temperature toplog fluida ispred rekuperatora i stepena obogaćenja vazduha (v(O2) = 21 %, 24 % i 28 %); λ = 1,18; td(i) = 500 oC; tv = 300 oC

15. Sl. 10.Koeficijent prenosa toplote kao funkcija konačne temperature vazduha i stepena obogaćenja vazduha kiseonikom (v(O2) = 21 %, 24 % i 28 %) λ = 1,18; td(u) = 700 oC; td(i) = 500 oC

16. Sl. 11.Koeficijent prenosa toplote kao funkcija konačne temperature vazduha i stepena obogaćenja vazduha kiseonikom (v(O2) = 21 % i 24 %) λ = 1,18; td(i) = 500 oC a - td(u) = 700 oC; v(O2) = 21 %; b - td(u) = 700 oC; v(O2) = 24 % c - td(u) = 800 oC; v(O2) = 21 %; d - td(u) = 800 oC; v(O2) = 24 % e - td(u) = 900 oC,; v(O2) = 21 %; f - td(u) = 900 oC,; v(O2) = 24%

17. Sl. 12.Koeficijent prenosa toplote kao funkcija konačne temperature vazduha i temperature toplog fluida pri λ = 1,18; v(O2) = 21 % a - td(u) = 800 oC, td(i) = 300 oC; b - td(u) = 900 oC, td(i) = 300 oC c - td(u) = 800 oC, td(i) = 500 oC; d - td(u) = 900 oC, td(i) = 500 oC e - td(u) = 800 oC, td(i) = 500 oC; f - td(u) = 900 oC, td(i) = 700 oC

18. Sl. 13.Koeficijent prenosa toplote kao funkcija tempearture toplog fluida ispred rekuperatora, temperature iza rekuperatora i stepena obogaćenja vazduha kiseonikom, pri λ = 1,18 i tv = 0 oC a – td(i) = 500 oC; v(O2) = 21 %; b – td(i) = 700 oC; v(O2) = 21 % c – td(i) = 500 oC; v(O2) = 24 %; d – td(i) = 700 oC; v(O2) = 24 % e – td(i) = 500 oC; v(O2) = 28 %; f – td(i) = 700 oC; v(O2) = 28 %

19. Sl. 14.3D prikaz zavisnosti koeficijenta prenosa toplote od temperature toplog fluida ispred rekuperatora i temperature predgrijavanja vazduha: l= 1,18; v(O2) = 21 %; td(u) = 1100 oC

20. Z a k lj u čc i • Detaljnija slika toplotnog rada rekuperativnih izmjenjivača toplote dobija se uspostavljanjem funkcionalne međuzavisnosti osnovnih veličina procesa razmjene toplote (koeficijent prenosa toplote, srednja logaritamska temperaturna razlika, temperatura predgrijavanja hladnog fluida i ulazne i izlazne temperature toplog fluida).Važno je analizirati uslove sagorijevanja goriva, jerprodukti sagorijevanja služe kao nosioci toplote u toku rekuperativnog prenosa. • U uslovima kad je vrijednost površine razmjene toplote konstantna, traženi porast vrijednosti ukupnog koeficijenta prenosa toplote ostvaruje se smanjenjem srednje logaritamsketemperaturne razlike, povećanjem lokalnih koeficijenata prelaza toplote i smanjenjem lokalnih toplotnih otpora. • Vrijednosti koeficijenta prenosa toplote u rekuperatoru povećavaju se: • porastom vrijednosti td(i), pri svim vrijednostima td(u); • porastom vrijednosti tv, pri svim vrijednostima td(u). • povećanjem sadržaja O2 u vazduhu koji se predgrijava (mada neznatno) • Vrijednosti koeficijenta prenosa toplote opadaju sa porastom izlazne temperature gasovapri svim vrijednostima ulazne temperature gasova i za sve vrijednosti temperature predgrijavanja vazduha.

21. Z a k lj u čc i • Temperatura predgrijavanja vazduha može se definisati kao funkcija temperature pećnih gasova ispred i iza rekuperatora, a zavisi i od količine (protoka) vazduha koji se predgrijava, kao i od raspoložive količine nosilaca toplote. Sa porastom početne temperature pećnih gasova, raste i temperatura vazduha, pri svim vrijednostima temperature gasova iza rekuperatora. • Predgrijavanjem vazduha potrebnog za sagorijevanje goriva u metalurškim pećima, raste radna temperature peći i ekonomija goriva, povećava se toplotna efikasnost peći i smanjuje potrošnja goriva. Obogaćivanje vazduha utiče na poboljšanje toplotnog rada peći, kao i na promjenu uticaja izlaznih gasova na okolnu sredinu, preko intenzifikacije toplotnih procesa u pećima, smanjenja količine produkata sagorijevanja i promjene u njihovom hemijskom sastavu.

22. Hvalana paŽnji!!!