Yoğuşmalı Isı Geri Kazanım Cihazlarının Tasarımına Çiğlenme Noktası Sıcaklıklarının Etkisinin Yakıt Tiplerine Göre Araştırılması

Abstract

Bu çalışmada Türkiye’deki farklı şehirler ile kömür, fuel-oil, doğalgaz, LPG ve odun gibi yakıt tipleri için baca gazındaki su ve sülfürik asit buharlarının çiğlenme noktası sıcaklıkları incelenmiştir. Baca gazındaki su ve sülfürik asit buharının mol oranları ve çiğlenme noktası sıcaklıklarını etkileyen hava fazlalık katsayısı, bağıl nem oranı, şehrin rakımı gibi faktörler araştırılmıştır. Araştırma sonuçlarına göre; su buharı çiğlenme noktası sıcaklıkları kömür, odun, fuel-oil, doğalgaz ve LPG için sırasıyla 30-40°C, 40-50°C, 37-50°C, 44-60°C ve 41-56°C aralıklarında; asit çiğlenme noktası sıcaklıkları ise kömür tipleri için 140 °C’den 125°C’ye; fuel-oil tipleri için 145°C’den 131°C’ye değişim göstermektedir. Yoğuşmanın başlayacağı bölgeyi kurulum öncesinde belirleyebilmek için bir ısıtma sistemindeki doğalgaz yakıtlı kazan için Sonlu Farklar Metodu kullanılarak bir yoğuşmalı ekonomizer tasarımı yapılmıştır. U-dönüşlü ve karşıt akımlı boru demetlerinden oluşan yoğuşmalı ekonomizerin akış boyunca ilk 100 m’sinde herhangi bir yoğuşma yokken; sadece 10 m’lik kısmında yoğuşma gözlenmektedir.

Keywords

• yakıtlar,çiğlenme noktası sıcaklığı,yoğuşmalı ısı geri kazanım üniteleri,yoğuşmalı ekonomizer

Investigation of Effect of Dew Point Temperatures on Design of Condensing Heat Recovery Units According to Fuel Types

Abstract

In this study, dew point temperatures of water and sulphuric acid vapour in flue gas are predicted as theoretical for fuels types such as coal, fuel oil, natural gas, LPG, wood with the different cities in Turkey. The factors like the excess air coefficient, relative humidity rate and the altitude of the city affected by the dew point temperatures and the mole ratios of water and sulphuric acid vapour in flue gas are studied. According to the results of the study, while the water dew point temperature changes for coal, wood, fuel oil, natural gas and LPG, over the range 30-40 °C, 40-50 °C, 37-50 °C, 44-60 °C and 41-56 °C, respectively; the acid dew point temperature waves to 125 °C from 140 °C for coal types and to 131 °C from 145 °C for fuel oil types in Turkey. To predict the condensing zone, a condensing economizer for a natural gas-fired boiler in a heating system is designed with Finite difference method. According to the results of the design, while the first 100 m of the heat exchanger tube is non-condensing zone, the only 10 m is the condensing zone.

Keywords

• Fuels,acid dew point temperature,heat recovery units,condensing economizer

References

1. [1] W. Wei, F. Sun, Y. Shi, L. Ma, Theoretical prediction of acid dew point and safe operating temperature of heat exchangers for coal-fired power plants, Applied Thermal Engineering, 123 (2017) 782-790.
2. [2] B. Xiang, B. Tang, Y. Wu, H. Yang, M. Zhang, J. Lu, Prediction acid dew point with a semi-empirical model, Applied Thermal Engineering, 106 (2016) 992-1001.
3. [3] J. M. Blanco, F. Pena, Increase in the boiler’s performance in terms of the acid dew point temperature: Environmental advantages of replacing fuels, Applied Thermal Engineering, 28 (2008) 777-784.
4. [4] F. Pena, J. M. Blanco, Evaluation of the physical dew point in the economizer of a combined cycle burning natural gas, Applied Thermal Engineering, 27 (2007) 2153-2158.
5. [5] Q. Ding, X. F. Tang, Z. G. Yang, Failure analysis on abnormal corrosion of economizer tubes in a waste heat boiler, Engineering Failure Analysis, 73 (2017) 129-138.
6. [6] H. Han, Y. L. He, W. Q. Tao, A numerical study of the deposition characteristics of sulfuric acid vapor on heat exchanger surfaces, Chemical Engineering Science, 101 (2013) 620-630.
7. [7] E. Vainio, H. Kinnunen, T. Lauren, A. Brink, P. Yrjas, N. DeMartini, M. Hupa, Low-temperature corrosion in co-combustion of biomass and solid recovered fuels, Fuel, 184 (2016) 957-965.
8. [8] B. ZareNezhad, A. Aminian, Accurate prediction of the dew points of acidic combustion gases by using an artificial neural network model, Energy Conversion and Management, 52 (2011) 911-916.

9. [9] X. Li, Z. Wu, L. Zhang, X.Liu, X. Zhu, H. Hu, G. Luo, Z. Hu, W. Liu, H. Yao, An updated acid dew point temperature estimation method for air-firing and oxy-fuel combustion processes, Fuel Processing Technology, 154 (2016) 204-209.
10. [10] Y. Shi, C. Dai, Z. Ma, Z. Guo, Experimental investigation of heat transfer with ash deposition in ultra-low temperature WHRS of coal-fired power plant, Applied Thermal Engineering, 123 (2017) 1181-1189.
11. [11] C. Chantana and S. Kumar, Experimental and theoretical investigation of air-steam condensation in a vertical tube at low inlet steam fractions, Applied Thermal Engineering, 54 (2013) 399-412.
12. [12] Q. Chen, K. Finney, H. Li, X. Zhang, J. Zhou, V. Sharifi and J. Swithenbank, Condensing boiler applications in the process industry, Applied Energy, 89 (2012) 30- 36.
13. [13] J. D. Li, M. Saraireh and G. Thorpe, Condensation of vapor in the presence of non-condensable gas in condensers, International Journal of Heat and Mass Transfer, 54 (2011) 4078- 4089.
14. [14] M. Terhan and K. Comakli, Design and economic analysis of a flue gas condenser to recover latent heat from exhaust flue gas, Applied Thermal Engineering, 100 (2016) 1007-1015.
15. [15] M. Terhan and K. Comakli, Energy and exergy analyses of natural gas-fired boilers in a district heating system, Applied Thermal Engineering, 121 (2017) 380-387.
16. [16] Y. A. Cengel, M.A. Boles, Thermodynamics an engineering approach, Guven Scientific Press, Izmir, Turkey, 2008.
17. [17] M. Terhan, Doğalgaz yakıtlı bir kazanda baca gazından enerji geri kazanımı ve yoğuşma olayının enerji, ekserji ve ekonomik yönden incelenmesi, Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi, Erzurum, Türkiye, 2015.
18. [18] S. Bilgen, Bazı yakıtların kimyasal ekserji değerlerinin hesaplanması, Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye, 2000.