ارزیابی گرمایی استفاده از تبادلگرهای گرمایی ترموسیفونی به جای ژانگستروم در بویلر نیروگاه بخار مشهد

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود ، ایران

3 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی نفت و پتروشیمی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

چکیده

برای گرم کردن هوای ورودی به بویلر و رساندن آن به نزدیک دمای سوختن در نیروگاه های بخار، از بازیابی انرژی دود خروجی توسط وسیله ای به نام پیش گرم کن گردان یا ژانگستروم استفاده می­ شود. ضعف اصلی ژانگستروم ­ها ناشی از وجود اجزای متحرک و در نتیجه استهلاک بالا و امکان نشتی هوا به دود (بیش از %20) در این سامانه ­ها می ­باشد که منجر به افزایش هوای عبوری از فن هـا در بار ثابت بویلر و در نتیجه افزایش مصرف داخلی واحد نیروگاهی و یا کاهش  توان تولیدی نیروگاه  می­ شود. در برابر، لوله گرمایی یک پخش کننده گرمایی بدون هرگونه اجزای متحرک است که نیاز به هیچ گونه کنترل بیرونی ندارد و  همین مسئله استفاده از تبادلگر گرمایی لوله گرمایی به جای ژانگستروم های مرسوم را در عمل پیشنهادی معقول به نظر می رسد. در این پژوهش یک ژانگستروم  فعال در نیروگاه بخار مشهد با ویژگی ­های هندسی (سطح گرمایی برابر 12040 مترمربع) و عملیاتی مشخص (ضریب عملکرد گرمایی برابر %71) در نظر گرفته می­ شود و هدف پایانی، طراحی سامانه تبادلگرهای گرمایی لوله گرمایی بدون فتیله (ترموسیفون)  با ساختارهای هندسی متفاوت از نقطه نظر اندازه و جنس لوله­ ها، نوع سیال عامل، تعداد لوله ها و فاصله­ های عرضی و طولی آن­ ها از هم  و مقایسه آن­ ها با ژانگستروم توصیف شده از نقطه نظر سطح گرمایی مورد نیاز و حجم اشغالی می­ باشد. در این پژوهش، دو طرح با سیال عامل متفاوت مورد بررسی قرار گرفت که طراحی شماره۲ با ۵۲۲ لوله گرمایی دارای سیال عامل جیوه نسبت به طراحی شماره ۱ با ۹۰۰ لوله گرمایی دارای سیال عامل ترمکس دارای برتری نسبی می ­باشد. کاهش سطح انتقال گرمای مورد نیاز، نبود نشت دود به جریان هوای ورودی به بویلر و حذف مصرف انرژی الکتریکی مربوطه به اجزای دوار ژانگستروم از برتری­ های این طرح می­ باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Skiepko T., Effect of Parameter Values on Gas and Matrix Temperature Fields In Rotary Heat Exchangers, Int. J. of Heat and Mass Transfer, 32: 1443-1472 (1988).
[2] “The Ljungstrom Air Preheater 1920, an International Historic Mechanical Engineering Landmark”, American Society of Mechanical Engineers, (1995).
[3] Skiepko T., Shah R.K., A Comparison of Rotary Regenerator Theory and Experimental Results for an Air Pre Heater for a Thermal Power Plant, Exp. Therm. Fluid Sci., 28: 257-264 (2004).
[4] آب روشن حمید؛ سربندی فراهانی محمد ابراهیم، "محدودیت تولید ناشی از نشتی ژانگستروم در نیروگاه بخاری بندرعباس"، سومین کنفرانس نیروگاه های برق، محمودآباد، (1389).
[5] Porowski M., Szczechowiak E., Influence of Longitudinal Conduction in the Matrix on Effectiveness of Rotary Heat Regenerator Used in Air-Conditioning, Heat Mass Transfer, 43: 1185-1200 (2007).
[6] Buyukalaca O., Yilmaz T., Influence of Rotational Speed on Effectiveness of Rotary-Type Heat Exchangers, Heat Mass Transfer, 38: 441-447 (2002).
[7] Bach I., Yin C., “Analytical and Numerical Investigation of a Rotary Regenerator”, AAU - Institute of Energy Technology, (2007).
[8] Drobnic B., Oman J., Tuma M., A Numerical Model for the Analyses of Heat Transfer and Leakages in a Rotary Air Preheater, Heat Mass Transfer, 47: 5001-5009 (2006).
[9] Musavi M., Passandideh-Fard M., Ghazikhani M., “Numerical Simulation of Fluid Flow and Heat Transfer in a Rotary Regenerator”, The 16th Annual Conference of the CFD Society of Canada, (2008).
[10] Netramoni Baruah N.B., Prasanna Kumar G.V., Numerical Modeling of Regenerative Rotary Heat Exchanger: A Review, J. Biosystems Eng., 42: 44-55 (2017).
[11] Noie-Baghban S, Majideian G., Waste Heat Recovery Using Heat Pipe Heat Exchanger (HPHE) for Surgery Rooms in Hospitals. Appl. Therm. Eng., 20:1271–1282 (2000).
[12] سرمستی امامی محمدرضا ، نوعی حسین ، شکری روح الله، "شبیه سازی و بررسی اقتصادی کاربرد لوله‌های گرمایی در سیستم‌های تهویه مطبوع"، دهمین کنگره مهندسی شیمی ایران، زاهدان، (1384).
[13] Abd El-Baky M.A., Mohamed M.M., Heat Pipe Heat Exchanger for Heat Recovery in Air Conditioning, Appl. Therm. Eng., 27: 795–801 (2007).
[14] Martinez F.J.R., Plasencia M.A.A., Gomez E.V., Diez F.V., Martin R.H., Design and Experimental Study of Mixed Energy Recovery System, Heat Pipe and Indirect Evaporative Equipment for Air Conditioning, Energy and Buildings, 35: 1021–1030 (2002).
[15] Strumpf H.J., Stillwagon T.L., Kotchick D.M., Coombs M.G., Advanced Industrial Ceramic Heat Pipe Recuperators, Heat Recovery Systems and CHP, 8: 235-246 (1988).
[16] Hack N., Unz S., Bechmann M., Ceramic Heat Pipe High Temperature Application, Energy Procedia, 120: 140-148 (2017).
[17] JieZhao, 1D-ZhongYuan, D-WeiTang, Yu-YanJiang, Heat Transfer Characteristics of a Concentric Annular High Temperature Heat Pipe Under Anti-Gravity Conditions, Applied Thermal Engineering, 148: 817-824 (2019).
[18] Zare Aliabadi, H., Atashi, H., Experimental Investigation on Hydrodynamic and Thermal Performance of a Gas-Liquid Thermosyphon, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 27(3): 115-123 (2008).
[19] Reay D.A., Kew P.A., Mc Glen R.J., “Heat Pipes, Theory, Design and Application”, 6th ed., Elsevier, U.K., (2014).
[20] معرفت مهدی؛ قائم مقامی سیدجلال؛ خداویسی صادق، طراحی و ساخت مبدل حرارتی مایع –گاز با استفاده از لوله های گرمایی، نشریه انرژی ایران، (17)8 : صفحه 41 تا 51 (1382)
[21] Faghri A., “Heat Pipe Science and Technology”, Taylor & Francis, USA, (1995).
[22] Bergman T.L., Lavine A.S., Incropera F.P., Dewitt D.P., “Fundamental of Heat and Mass Transfer”, 7 th ed., John Wiley & Sons Inc., (2011).
[23] Silverstein C.C., “Design and Technology of Heat Pipes for Cooling and Heat Exchanger”, John Wiley & Sons Inc., (1994).
[24] Kays W.M., London A.L., “Compact Heat Exchanger”, 3rd ed., McGraw-Hill, New York, (1984).
[25] Gobic I., Gaspersic B., Corresponding States of Correlation for Maximum Heat Flux in Two-Phase Closed Thermosyphon, Refrigeration, 20: 402-410 (1997).
[26] Katto Y., Limit Conditions of Steady-State Counter-Current Annular Flow and the Onset of Flooding, with Reference to CHF of Boiling in Bottom-Closed Vertical Tube, Int. J. Multiphase Flow, 20: 45-61 (1994).
[27] Khandekar S., Joshi Y.M., Mehta B., Thermal Performance of Closed Two-Phase Thermosyphon Using Nanofluids, Thermal Sciences, 47: 659-667 (2008).
[28] اخوان ثالث زینب؛ شاهمردان محمد محسن؛ هاشمیان سید مجید، "بررسی عددی انتقال حرارت در پیش گرمکن هوا، ژانگستروم"، اولین همایش ملی توسعه تکنولوژی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، (1389).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار