Efficiency of the air heater  in a heat recovery system  at different thermophysical parameters and operational modes of the boiler

et al. 2021

Energy and automation

The paper presents the results of optimization of the geometric parameters of the heat exchange surface of water and air-heating heat exchangers of glass-making furnaces and an analysis of their exergy efficiency. Ensuring the efficient operation of heat recovery units in various thermal circuits is an urgent problem of heat power engineering. The aim of the work is to establish the optimal areas of the geometric parameters of the heat exchange surface of heat recovery units of glass-melting furnaces and to analyze their exergy efficiency. The paper presents the results of solving the tasks necessary to achieve the goal: - using statistical methods for planning the experiment, determine the levels of variation of the parameters of the geometric surface of heat transfer for the heat recovery units under study and calculate the values of the criteria for evaluating the efficiency at the points of the central orthogonal compositional plan; - to obtain the regression equations for the investigated heat exchangers, to determine the optimal areas of change in the geometric parameters of the heat exchange surface and the corresponding exergy efficiency criteria. To determine the optimal areas of geometric parameters of the heat exchange surface, a complex methodology is used based on the methods of exergy analysis and statistical methods of the theory of experiment planning. It has been established that when designing heat recovery schemes for heating water in heat supply systems and for heating blast air, heat recovery units with the following values of the areas of variation of the geometric parameters of the heat exchange surface can be used: - the values of the area of variation of the distance between the panels for heat recovery units with a staggered and corridor arrangement of pipes in a bundle s1 = 58.0-62.0 mm. - the values of the areas of change in the diameter of pipes for a hot water heat exchanger with a corridor arrangement of pipes d = 41.0-43.0 mm and for an air heating heat exchanger with a staggered and corridor arrangement of pipes d = 29.0-31.0 mm. - the use of the values of the ranges of change of other parameters is carried out taking into account additional technological factors. It has been established that the exergy efficiency of hot water heat recovery units is in all cases higher than the exergy efficiency of air heating units. For hot water heat exchangers, the values of exergy criteria are lower than for air heating ones: k – 2.0 times, ε – by 7.5%, m0 – 1.9 times. The expediency of using the investigated heat recovery units in heat recovery circuits of glass melting furnaces has been established, taking into account the results obtained and in the presence of certain technological factors. The results obtained and further developments in the field of optimization of the operating parameters of heat recovery units for glass-melting furnaces will provide an increase in the efficiency of heat recovery equipment for power plants.

Section: Analysis Of Recent Research and Publicationsmentioning

confidence: 99%

Optimization of geometric parameters and analysis of exergy efficiency of heat recovery units glass furnaces

Fialko¹,

Stepanova²,

et al. 2021

Energy and automation

“…In the world practice of studying the efficiency and optimization of energy systems, attention is focused on the exergy analysis [1][2][3][4][5]. So, in [1], it has been noted that exergy analysis allows us to identify all aspects that affect the global efficiency of the system in order to offer them the maximum number of possible improvements.…”

mentioning

confidence: 99%

“…Therefore, it is advisable to use integrated approaches in assessing the performance of po wer plants. Research works [4] and [5] deal with the application of an integrated approach based on exergy analysis methods to the study of exergy losses in air-heater of a heat-recovery system of a boiler plant. It has been noted in the research works that the applied methods enable establishing the causes of exergy losses and their localization areas and determining the parameter values within which the losses are minimum.…”

mentioning

confidence: 99%

Комплексні Методики Аналізу Ефективності Та Оптимізації Теплоутилізаційних Систем

Fialko¹,

Stepanova²,

et al. 2021

Sci. innov.

Вступ. Вирішення загальної проблеми енергозбереження в Україні пов'язано з необхідністю підвищення ефективності енергетичних установок. На сьогодні можливими є дослідження окресленого питання для систем утилізації теплоти відхідних газів паливоспоживальних теплових установок різного призначення з позицій сучасних комплексних підходів.Проблематика. Однією з причин, що гальмує широке використання теплоутилізаційних систем для зазначених енергетичних установок, є низька ефективність цих систем через недосконалість наявних методів їхнього аналізу та обладнання, що застосовується.Мета. Створення комплексних методик аналізу ефективності та оптимізації теплоутилізаційних систем простої структури та їхніх окремих елементів.Матеріали й методи. Використано комплексні підходи на основі методів ексергетичного аналізу, статистичних методів планування експерименту та сучасних методів теплового розрахунку теплообмінного обладнання систем теплоутилізації.Результати. Розроблено методики аналізу ефективності та оптимізації для теплоутилізаційних систем газоспоживальних теплових установок із застосуванням двох способів отримання функціональних залежностей для оптимізації простих теплоутилізаційних систем або їхніх окремих елементів. Наведено приклади використання запропонованих методик для вдосконалення водо- та повітрогрійних теплоутилізаторів у системах утилізації теплоти відхіднихгазів скловарної печі.Висновки. На основі методів ексергетичного аналізу, статистичних методів планування експерименту та сучасних методів теплового розрахунку теплообмінного обладнання систем теплоутилізації розроблено комплексні підходищодо аналізу ефективності та оптимізації теплоутилізаційних систем простої структури та їхніх окремих елементів. Отримані результати вирішення оптимізаційних завдань дозволяють підвищувати ефективність теплоутилізаційних систем газоспоживальних енергетичних установок різного типу і будуть використані при проектуванні цих систем.

“…Такі системи повинні відповідати умовам термодинамічної оборотності процесів, що протікають в їхніх елементах. Тому важливим аспектом вказаних досліджень є дослідження ексергетичної ефективності окремих елементів установок і виявлення елементів, які характеризуються великими втратами ексергії [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10]. Робота [1] присвячена ексергетичному та ексерго-економічному аналізу елементів високотемпературної електростанції з комбінованим циклом.…”

unclassified

Localization of exergy losses in the exhaust gases heat-recovery exchanger of gas-fired heat plants

Fialko¹,

Stepanova²,

et al. 2020

Energy and automation

The problem of increasing the thermodynamic efficiency of power plants can be solved only by using a complex approach using methods based on modern methods of exergy analysis in combination with methods of heat transfer theory, theory of linear systems, structural-variant methods, multi-level optimization methods, etc. The analysis of the possibility of applying the discrete-modular principle and the corresponding complex method for analyzing the efficiency of the exhaust gases heat-recovery exchanger of a cogeneration unit heat engine is performed in the paper. The aim of the work is to analyze the localization of exergy losses, their differentiation, and the establishment of the relative contribution of various types of losses to the general exergy losses in the exhaust gases heat-recovery exchanger of a cogeneration unit heat engine. The structural features of the heat-recovery exchanger and the exergy properties that reflect the essence of exergy methods: universality and additivity, made it possible to use the discrete-modular principle and a complex method based on exergy-dissipative functions for efficiency analysis. The advantage of this method is the ability to analyze the localization of exergy losses in separate modules of the heat-recovery exchanger and to differentiate the exergy losses associated with nonequilibrium heat transfer between the heat-transfer agents and the wall, heat conduction and the movement of heat-transfer agents. Using the chosen complex method, the analysis of the localization of exergy losses in the heat-recovery exchanger was carried out and the exergy-dissipative functions of each of the eight modules of the heat-recovery exchanger were calculated. Differentiation of exergy losses was carried out and the relative contribution of exergy losses associated with the processes of heat transfer from flue gases to the wall, from wall to water, in heat conduction processes, as well as exergy losses associated with the movement of heat-transfer agents, in the general exergy losses was analyzed. To determine the exergy losses due to nonequilibrium heat transfer between the heat-transfer agents and the motion of the heat-transfer agents, the differential exergy equations, the equations for the heat flow densities between the heat-transfer agents and the wall, the equation for the heat flow density due to heat conduction through the wall and the equations of motion are used. It has been established that the localization of maximum exergy losses in all modules of the heat-recovery exchanger is associated with losses due to heat transfer from flue gases to the wall.