Funkční vzorek chlazení výfukového potrubí kogenerační jednotky

Transkript

1 Funkční vzorek chlazení výfukového potrubí kogenerační jednotky Funkční vzorek FST KKE FV Autoři: Ing. Roman Gášpár (KKE) Ing. Jiří Linhart (TEDOM) Bc. Tomáš Levý (KKE) Vedoucí pracoviště: Dr. Ing. Jaroslav Synáč Číslo projektu TAČR TE Odpovědný pracovník: Ing. Roman Gášpár

2 Jazyk výsledku: CZK Hlavní obor: Energy and fuels Uplatněn: Ano Název výsledku (CZ) Funkční vzorek chlazení výfukového potrubí kogenerační jednotky Název výsledku (ENG) Function sample of a CHP unit exhaust pipe cooling Vlastník výsledku: TEDOM a.s. Adresa: Výčapy 195, Výčapy IČ: DIČ: CZ Licence: Ano Licenční poplatek: Ano Ekonomické parametry Zlepšení energetické bilance a parametrů jednotky vede k provozní finanční úspoře. Technické parametry Zlepšení energetické bilance a parametrů jednotky, lepší využití paliva. Kategorie nákladů Výše nákladů <= 5 mil. Počet příloh - Rozdělovník 1 ks FST / KKE 1 ks Hlavní příjemce projektu

3 Abstrakt CZ Cílem prací bylo navrhnout zařízení pro chlazení výfukových spalin. Chladič slouží jako absorbér tepelné energie, kterou dále využívá v pracovním okruhu a tým zvyšuje účinnost celého zařízení. Aktivita byla směřována na realizaci výchozího funkčního vzorku chlazení výfukového potrubí. Realizovaný funkční vzorek měl vyřešit problém s vysokou teplotou spalin při vstupu do výměníku s katalyzátoru. Jedná se o řešení odebrání tepelné energie spalin ve výfukovém potrubí co nejblíže ke spalovacímu prostoru. První funkční vzorek reprezentuje proveditelnost tohoto řešení a má poukázat zejména na omezení tohoto řešení. Klíčová slova: Kogenerační jednotka, Chlazení, Spaliny, Emise, Abstract EN The aim of the work was to design a device for cooling exhaust flue gas. The radiator serves as a heat energy absorber, which is further used in the work circuit and thus increases the efficiency of the entire device. The activity was directed to the realization of the initial functional exhaust pipe cooling sample. The realized functional sample was to solve the problem of high flue gas temperature when entering the catalyst and heat exchanger. It is a solution to remove the heat energy of combustion gases in the exhaust pipe as close as possible to the combustion chamber. The first functional sample represents the feasibility of this solution and should point out the limitations of this solution. Keywords: Cogeneration unit, Cooling, Flue gasses, Emissions FST KKE FV /8

4 Obsah Abstrakt CZ... 3 Abstract EN... 3 Obsah... 4 Seznam obrázků... 4 Zkratky Úvod Popis a implementace chladicího systému Závěr... 8 Seznam obrázků Obrázek 2-1 Konstrukce chladicího systému... 6 Obrázek 2-2 Implementace chladicího systému na výfukové potrubí... 6 Obrázek 2-3 Příklad výsledků numerických CFD simulací kontury rychlosti... 7 Obrázek 2-4 Reálná implementace chladicího systému... 7 Obrázek 2-5 Výsledky měření... 8 Zkratky KJ GHP Kogenerační jednotka Gas Heat Pump FST KKE FV /8

5 1. Úvod Cílem prací bylo navrhnout zařízení pro chlazení výfukových spalin. Výfukové plyny se vyznačují vysokou teplotou spalin ale také chemickou agresivitou. Realizovaný funkční vzorek napomáhá řešení problému s vysokou teplotou spalin při vstupu do navazujících komponent (katalyzátor, výměník). Principem je odebrání tepla spalinám ještě ve výfukovém potrubí systému. Snížení teploty (a tedy i tlaku) má za následek, že v následujícím tepelném výměníku bude možné použít jiné typy materiálů s příznivějšími tepelně-vodivostními vlastnostmi resp. úplně jiný druh tepelného výměníku pro efektivnější sdílení tepla. První funkční vzorek reprezentuje proveditelnost tohoto řešení a poukazuje zejména na případná omezení tohoto řešení. Realizovaný funkční vzorek řeší problém s vysokou teplotou spalin při vstupu do výměníku s katalyzátoru. Chladič absorbuje tepelnou energii, která se dále využívá v pracovním okruhu a tím se zvyšuje účinnost celého zařízení. Jedná se o odebrání tepelné energie spalin co nejblíže ke spalovacímu prostoru. První funkční vzorek reprezentuje proveditelnost tohoto řešení a má poukázat zejména na omezení tohoto řešení. Zadání mělo několik klíčových bodů: zařízení musí být implementovatelné do stávajícího řešení přímo na výfukové potrubí se zřetelem na prostorové omezení stávajícího řešení KJ nebo GHP, systém cirkulace chladícího média musí být napojen na systém cirkulace chladiva. Předpokládá se tedy využití stejného chladícího média jako ve stávajícím systému. 2. Popis a implementace chladicího systému Konstrukci chladicího systému tvoří válcový plášť, který je implementován v okolí spalinovodů resp. svodů (Obrázek 2-1). Vnitřek chladicího systému je tvořen přepážkami pro usměrnění chladiva a dalšími nezbytnými konstrukčními prvky (Obrázek 2-2). Koncept chlazení představuje protiproudý výměník typu plyn-kapalina. Základní návrh konstrukčního řešení byl analyzován za pomoci numerických CFD simulací. Úvodní simulace byly realizovány jako stacionární, finální pak jako nestacionární při uvažování proměnného toku spalin z jednotlivých válců a s komplexním přestupem tepla mezi oběma médii a stěnami chladicího systému. Výsledky simulací byly podkladem pro dílčí úpravy a zejména byly jejich výsledky porovnány s výsledky měření. FST KKE FV /8

6 Obrázek 2-1 Konstrukce chladicího systému (1) Příruba pro připojení ke KJ, (2) Spalinovod, (3) Koleno pro přívod chladiva (4) Obal chladicího systému,(5) Potrubí pro odvod chladiva Obrázek 2-2 Implementace chladicího systému na výfukové potrubí (1) Příruba pro připojení ke KJ, (2) Spalinovod, (3) Zaslepení spalinovodu, (4) Příruba spalinovodu pro další jeho další napojení, (5) Otvor pro měření před, (6) Otvor pro měření, (7) Koleno pro přívod chladiva, (8) Příčka pro usměrnění chladiva, (9) Čelo chladicího systému FST KKE FV /8

7 Obrázek 2-3 Příklad výsledků numerických CFD simulací kontury rychlosti Funkční vzorek byl implementován na reálné KJ, kde byl následně testován. Testy na zařízení prokázaly pozitivní vliv chladicího systému na výstupní teplotu spalin, která se snížila před vstupem do katalyzátoru až o 170 C. Obrázek 2-4 Reálná implementace chladicího systému FST KKE FV /8

8 Obrázek 2-5 Výsledky měření 3. Závěr Realizovaný funkční vzorek napomáhá řešení problému s vysokou teplotou spalin při vstupu do navazujících komponent (katalyzátor, výměník). Tento přínos byl potvrzen i měřením na KJ. Výsledek bude využit pro další testování a navazující výzkum a vývoj v další etapě projektu. FST KKE FV /8