Підвищення надійності спалювання твердого палива з біомаси з використанням комбінованого регенеративного теплообмінника в якості пальника з непрямим нагріванням

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265803

Ключові слова:

біомаса, пальник з непрямим нагріванням, регенеративний теплообмінник, регенератор, кожухотрубний теплообмінник

Анотація

В даному дослідженні розроблена система непрямого спалювання твердого палива з біомаси. Розробка мотивована необхідністю вирішення проблеми, пов’язаної із системою прямого спалювання, а саме утворення шлаків та високий рівень викидів забруднюючих речовин внаслідок процесу високотемпературного горіння. Таким чином, очікується, що використання пальника з непрямим нагріванням дозволить підвищити надійність процесу спалювання твердої біомаси. Він також може бути використаний для зниження витрати вугілля за рахунок застосування пальника з непрямим нагріванням, у якому робоча рідина досягає відносно більш високої температури перед надходженням у котел. Під час розробки використовувався метод перших принципів створення регенеративного теплообмінника. Регенератор складається з кожухотрубного та змійовикового теплообмінників. У випробуванні використовувалося тверде паливо з біомаси для процесу спалювання, при якому робоча рідина спочатку надходить у кожухотрубний теплообмінник, а потім в змійовиковий. В результаті кожух поглинає достатньо тепла з камери згоряння з максимальним підвищенням температури в 19 °C. Потім тепла вода з кожуха надходить у змійовик всередині камери згоряння. Як наслідок, максимальна температура змійовика становить 84,5 °C. Інтенсивність теплопередачі для змійовика і кожуха становить 57,2–85,6 та 124,9–141,5 Вт. Ключовим висновком є те, що комбінований регенеративний теплообмінник дозволяє забезпечити більш високу інтенсивність теплопередачі. Це може бути досягнуто за рахунок того, що в теплообміннику використовується однаковий розподіл потоку, збільшуючи середню різницю температур на вході. Таким чином, він може забезпечити середню інтенсивність теплопередачі 210,5 Вт. Отже, споживання енергії для вугілля або інших викопних видів палива може бути значно знижено. Отримані дані можуть бути використані для подальшого вдосконалення існуючої котельної системи і сприяти підвищенню теплової ефективності системи.

Біографії авторів

Alwinsyah Tunggul Ismail, Universitas Pancasila

Student of Master in Mechanical Engineering

Department of Master in Mechanical Engineering

Ismail Ismail, Universitas Pancasila

Doctor of Mechanical Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Reza Abdu Rahman, Universitas Pancasila

Master of Mechanical Engineering, Assistant Professor

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Ismail, I., Pane, E. A., Haryanto, G., Okviyanto, T., Rahman, R. A. (2021). A Better Approach for Modified Bach-Type Savonius Turbine Optimization. International Review of Aerospace Engineering (IREASE), 14 (3), 159–165. doi: https://doi.org/10.15866/irease.v14i3.20612
  2. Deng, J., Furbo, S., Kong, W., Fan, J. (2018). Thermal performance assessment and improvement of a solar domestic hot water tank with PCM in the mantle. Energy and Buildings, 172, 10–21. doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.04.058
  3. Saukenova, I., Oliskevych, M., Taran, I., Toktamyssova, A., Aliakbarkyzy, D., Pelo, R. (2022). Optimization of schedules for early garbage collection and disposal in the megapolis. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (3 (115)), 13–23. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.251082
  4. Wiyono, A., Saw, L. H., Anggrainy, R., Husen, A. S., Purnawan, Rohendi, D., Gandidi, I. M., Adanta, D., Pambudi, N. A. (2021). Enhancement of syngas production via co-gasification and renewable densified fuels (RDF) in an open-top downdraft gasifier: Case study of Indonesian waste. Case Studies in Thermal Engineering, 27, 101205. doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101205
  5. Gandidi, I. M., Wiyono, A., Berman, E. T., Pambudi, N. A. (2019). Experimental upgrading of liquid crude oil obtained from calophyllum inophyllum by two-stage pyrolysis. Case Studies in Thermal Engineering, 16, 100544. doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2019.100544
  6. Adanta, D., Syofii, I., Sari, D., Wiyono, A. (2022). Performance of Pico Scale Turgo Turbine in Difference the Nozzle Diameter. International Journal of Fluid Machinery and Systems, 15 (1), 130–136. doi: https://doi.org/10.5293/ijfms.2022.15.1.130
  7. Rahmalina, D., Adhitya, D. C., Rahman, R. A., Ismail, I. (2021). Improvement the performance of composite PCM paraffin-based incorporate with volcanic ash as heat storage for low-temperature application. EUREKA: Physics and Engineering, 1, 53–61. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2022.002055
  8. Ismail, I., Mulyanto, A. T., Rahman, R. A. (2022). Development of free water knock-out tank by using internal heat exchanger for heavy crude oil. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 77–85. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2022.002502
  9. Kumar, A., Bhattacharya, T., Mozammil Hasnain, S. M., Kumar Nayak, A., Hasnain, M. S. (2020). Applications of biomass-derived materials for energy production, conversion, and storage. Materials Science for Energy Technologies, 3, 905–920. doi: https://doi.org/10.1016/j.mset.2020.10.012
  10. Tarigan, E. (2018). Mathematical modeling and simulation of a solar agricultural dryer with back-up biomass burner and thermal storage. Case Studies in Thermal Engineering, 12, 149–165. doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2018.04.012
  11. Hroncová, E., Ladomersky, J., Valíček, J., Dzurenda, L. (2016). Combustion of Biomass Fuel and Residues: Emissions Production Perspective. Developments in Combustion Technology, 3–32. doi: https://doi.org/10.5772/63793
  12. Koyfman, O., Simkin, A., Kravchenko, V., Vorotnikova, Z. (2022). Development of a mathematical model to monitoring the velocity of subsidence of charge material column in the blast furnace based on the parameters of gas pressure in the furnace tract. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (2 (115)), 116–126. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.246175
  13. Novikov, P., Shtifzon, O., Bunke, O., Batiuk, S. (2022). Selecting a method for the parametric adaptation of pi-controller in the control systems of boiler assemblies at thermal power stations with supercritical parameters. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (116)), 61–68. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254116
  14. Rahmalina, D., Rahman, R. A., Ismail. (2022). Increasing the rating performance of paraffin up to 5000 cycles for active latent heat storage by adding high-density polyethylene to form shape-stabilized phase change material. Journal of Energy Storage, 46, 103762. doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103762
  15. Mousavi, S. M., Fatehi, H., Bai, X.-S. (2021). Numerical study of the combustion and application of SNCR for NO reduction in a lab-scale biomass boiler. Fuel, 293, 120154. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120154
  16. Mlonka-Mędrala, A., Dziok, T., Magdziarz, A., Nowak, W. (2021). Composition and properties of fly ash collected from a multifuel fluidized bed boiler co-firing refuse derived fuel (RDF) and hard coal. Energy, 234, 121229. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121229
  17. Aranguren, M., Castillo-Villar, K. K., Aboytes-Ojeda, M. (2021). A two-stage stochastic model for co-firing biomass supply chain networks. Journal of Cleaner Production, 319, 128582. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128582
  18. Drosatos, P., Nikolopoulos, N., Karampinis, E., Strotos, G., Grammelis, P., Kakaras, E. (2020). Numerical comparative investigation of a flexible lignite-fired boiler using pre-dried lignite or biomass as supporting fuel. Renewable Energy, 145, 1831–1848. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.07.071
  19. Chen, C., Bi, Y., Huang, Y., Huang, H. (2021). Review on slagging evaluation methods of biomass fuel combustion. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 155, 105082. doi: https://doi.org/10.1016/j.jaap.2021.105082
  20. Rahman, R. A., Suwandi, A., Nurtanto, M. (2021). Experimental investigation on the effect of thermophysical properties of a heat transfer fluid on pumping performance for a convective heat transfer system. Journal of Thermal Engineering, 7 (7), 1628–1639. doi: https://doi.org/10.18186/thermal.1025910
  21. Torelló, À., Defay, E. (2021). Heat exchange law in caloric regenerators. International Journal of Refrigeration, 127, 174–179. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.02.024
  22. Qian, S., Yu, J., Yan, G. (2017). A review of regenerative heat exchange methods for various cooling technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 69, 535–550. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.180
  23. Aviso, K. B., Sy, C. L., Tan, R. R., Ubando, A. T. (2020). Fuzzy optimization of carbon management networks based on direct and indirect biomass co-firing. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 132, 110035. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110035
  24. Yang, B., Wei, Y.-M., Liu, L.-C., Hou, Y.-B., Zhang, K., Yang, L., Feng, Y. (2021). Life cycle cost assessment of biomass co-firing power plants with CO2 capture and storage considering multiple incentives. Energy Economics, 96, 105173. doi: https://doi.org/10.1016/j.eneco.2021.105173
  25. Milićević, A., Belošević, S., Crnomarković, N., Tomanović, I., Stojanović, A., Tucaković, D. et. al. (2021). Numerical study of co-firing lignite and agricultural biomass in utility boiler under variable operation conditions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 181, 121728. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121728
  26. Tsekos, C., del Grosso, M., de Jong, W. (2021). Gasification of woody biomass in a novel indirectly heated bubbling fluidized bed steam reformer. Fuel Processing Technology, 224, 107003. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.107003
  27. Ghiami, S., Khallaghi, N., Borhani, T. N. (2021). Techno-economic and environmental assessment of staged oxy-co-firing of biomass-derived syngas and natural gas. Energy Conversion and Management, 243, 114410. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114410
  28. Smoliński, A., Howaniec, N., Gąsior, R., Polański, J., Magdziarczyk, M. (2021). Hydrogen rich gas production through co-gasification of low rank coal, flotation concentrates and municipal refuse derived fuel. Energy, 235, 121348. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121348
  29. Ndukwu, M. C., Diemuodeke, E. O., Abam, F. I., Abada, U. C., Eke-emezie, N., Simo-Tagne, M. (2020). Development and modelling of heat and mass transfer analysis of a low-cost solar dryer integrated with biomass heater: Application for West African Region. Scientific African, 10, e00615. doi: https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2020.e00615
  30. Lazova, M., Huisseune, H., Kaya, A., Lecompte, S., Kosmadakis, G., De Paepe, M. (2016). Performance Evaluation of a Helical Coil Heat Exchanger Working under Supercritical Conditions in a Solar Organic Rankine Cycle Installation. Energies, 9 (6), 432. doi: https://doi.org/10.3390/en9060432
  31. Chikhi, M., Sellami, R., Merzouk, N. K. (2014). Thermal Properties Study of a Solar Water Heater Tank with a Mantle Exchanger. International Journal of Energy Optimization and Engineering, 3 (1), 92–100. doi: https://doi.org/10.4018/ijeoe.2014010106
  32. Jaluria, Y. (2016). Design and Optimization of Thermal Systems (Vol. 4, Issue 2). Taylor & Francis Group.
  33. Kilkovský, B. (2020). Review of Design and Modeling of Regenerative Heat Exchangers. Energies, 13 (3), 759. doi: https://doi.org/10.3390/en13030759
  34. Gao, J., Tian, G., Sorniotti, A., Karci, A. E., Di Palo, R. (2019). Review of thermal management of catalytic converters to decrease engine emissions during cold start and warm up. Applied Thermal Engineering, 147, 177–187. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.10.037
  35. Arslan, M., Igci, A. A. (2015). Thermal performance of a vertical solar hot water storage tank with a mantle heat exchanger depending on the discharging operation parameters. Solar Energy, 116, 184–204. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2015.03.045
  36. Afsharpanah, F., Mousavi Ajarostaghi, S. S., Sedighi, K. (2019). The influence of geometrical parameters on the ice formation enhancement in a shell and double coil ice storage system. SN Applied Sciences, 1 (10). doi: https://doi.org/10.1007/s42452-019-1317-3
Increasing the reliability of biomass solid fuel combustion using a combined regenerative heat exchanger as an indirect burner

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-10-30

Як цитувати

Tunggul Ismail, A., Ismail, I., & Abdu Rahman, R. (2022). Підвищення надійності спалювання твердого палива з біомаси з використанням комбінованого регенеративного теплообмінника в якості пальника з непрямим нагріванням . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(8(119), 53–61. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265803

Номер

Том 5 № 8(119) (2022): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Alwinsyah Tunggul Ismail, Ismail Ismail, Reza Abdu Rahman

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.