Ανάλυση  και αξιολόγηση καυσαερίων σε λέβητες συστημάτων ~παραγωγής θερμότητας - Επίδραση στο βαθμό απόδοσης εναλλακτών ανάκτησης θερμότητας καυσαερίων

Ταμβάκη, Ιωάννα

Exhaust gas analysis and evaluation in boilers of heat generation systems – Impact on the degree of performance of exhaust gas heat exchangers recovery

Διπλωματική εργασία

Author

Ταμβάκη, Ιωάννα

Date

2021-10-07

Advisor

Νάζος, Αντώνιος

Διπλωματική εργασία (2.844Mb)

Keywords

Εναλλάκτες θερμότητας ; Ανάκτηση θερμότητας ; Θερμότητα καυσαερίων ; Λέβητες

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί στην μέτρηση και ανάλυση καυσαερίων, με χρήση Βιομηχανικού Αναλυτή Καυσαερίων, σε λέβητες αερίων, υγρών και στερεών καυσίμων. Στόχος είναι η αξιολόγηση της σύστασης των καυσαερίων, καθώς και η διερεύνηση της επίδρασής τους στην αποδοτικότητα εναλλακτών θερμότητας που χρησιμοποιούνται για την ανάκτηση ποσών θερμότητας από τα καυσαέρια. Η εργασία αποτελείται από δύο μέρη, το Μέρος Α της εργασίας είναι θεωρητικό και υποστηρικτικό του Μέρους Β, που αποτελεί το πειραματικό μέρος. Το σύνολο της εργασίας υποστηρίζεται από την βιβλιογραφία, ελληνική και ξένη, με πηγές από βιβλία, επιστημονικά άρθρα, διδακτικές σημειώσεις και αξιόπιστες διαδικτυακές πηγές. Το Μέρος Α αποτελείται από τρία κεφάλαια και καλύπτει απαραίτητες γνώσεις που αφορούν το υπόβαθρο της εργασίας. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται σύντομα οι απαραίτητοι ορισμοί από τις επιστήμες της θερμοδυναμικής και της μετάδοσης θερμότητας. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται ειδικότερη αναφορά στους εναλλάκτες θερμότητας, παρουσιάζοντας απαραίτητη μεθοδολογία για το πειραματικό μέρος και την θεωρία για την ανάκτηση θερμότητας και ρύπανση στους εναλλάκτες που απασχολεί το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η θεωρία για τους λέβητες και την καύση, ώστε να καλυφθεί πλήρως η θεωρία που αφορά την μεθοδολογία και το σύνολο των συστημάτων που εξετάζει η διπλωματική. Το Μέρος Β αποτελείται από τέσσερα κεφάλαια, το τέταρτο κεφάλαιο της εργασίας αφιερώνεται στην περιγραφή του Βιομηχανικού Αναλυτή Καυσαερίων NOVAPlus της MRU που ανήκει στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής. Παρουσιάζεται η πειραματική διαδικασία όπως ακολουθήθηκε σύμφωνα με τις οδηγίες του προτύπου της εταιρίας κατασκευής. Στο πέμπτο κεφάλαιο δίνονται τα δεδομένα που προέκυψαν από τις μετρήσεις με τον αναλυτή, καθώς και δεδομένα και παρατηρήσεις που αφορούν τις εγκαταστάσεις στις οποίες εκτελέστηκε η πειραματική διαδικασία. Ακολουθεί η επεξεργασία των μετρήσεων με σχέσεις από την στοιχειομετρία και με την μέθοδο επίλυσης εναλλακτών ε-NTU. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται η ανάλυση και ο σχολιασμός των μετρήσεων και αποτελεσμάτων όπως υπολογίστηκαν στο πέμπτο κεφάλαιο, ενώ αξιολογείται και ο βαθμός απόδοσης των εναλλακτών ανάκτησης θερμότητας. Στο έβδομο και τελευταίο κεφάλαιο διεξάγονται τα συμπεράσματα για το σύνολο της εργασίας, αξιολογείται η επίτευξη του στόχου της και γίνονται προτάσεις όσον αφορά το αντικείμενό της. Στο τέλος της εργασίας ακολουθούν η πλήρης βιβλιογραφία και το παράρτημα.

Abstract

The objective of this thesis is the measurement and analysis of flue gases in gas, liquid and solid fuel boilers using an industrial flue gas analyzer. The aim is to evaluate the composition of flue gases, as well as to investigate their effect on the efficiency of heat exchangers used in heat recovery from exhaust gases. The paper consists of two parts, Part A is theoretical and complementary to Part B, which is the experimental part of the study. In its entirety it is supported by Greek and foreign bibliography, with sources from books, scientific articles, educational notes and reliable online sources. Part A consists of three chapters and contains the necessary information regarding the background of this thesis. In the first chapter the necessary definitions from thermodynamics and heat transfer are explained. In the second chapter a specific reference to heat exchangers is made, presenting the methodology for the experimental part and the theory regarding heat recovery and fouling of heat exchangers. Those matters apply to the main theme of the study. The third chapter presents the theory on boilers and combustion, in order to complete the theory concerning the method used for analysis and the systems explained in the experimental part. Part B consists of four chapters, the fourth chapter of the paper is devoted to the description of the industrial flue gas analyzer NOVAPlus manufactured by MRU, which belongs to the University of West Attica. The experimental procedure is presented as followed according to the instructions of the manual provided by the company. The fifth chapter contains the data obtained from measurements using the flue gas analyzer, as well as data and observations regarding the facilities where the procedure was performed. The measurements are then processed according to stoichiometric analysis and the ε-NTU method of analysis for heat exchangers. In the sixth chapter, measurements and results calculated in the previous chapter are analyzed and reviewed, while the efficiency of heat recovery is evaluated. In the seventh and final chapter, conclusions are made regarding the thesis and the achievement of its objective is evaluated. Suggestions are made regarding the subject of the study. In the final pages the complete bibliography is recited followed by the appendix.